Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
импульсов для различных
j Диапазон импульсов для
Метод _
Геометрия с фикси- Геометрия с накопированной мишенью, тельными кольцами, Требования /? = 30 м л L = 3 м
Времяпролетная методика
Пороговый черепковский счетчик
Черенковский счетчик DISC
Черенковский счетчик с кольцевым изображением (RICH)
Измерение ионизация
Переходное излучение
р < 4 ГэВ/с
р < 1 ГэВ/с
Ot = 300 пс
р < 80 ГэВ/с
р < 25 ГэВ/с 10 фотоэлектронов
р < 2000 ГэВ/с
Ахроматический га зовый счетчик
р < 65 ГЪВ/с
1,2 < р < 100 ГэВ/с 1,5 < р < 45 ГЪВ/с или р < ГэН/с или р < 0,7 ГэВ/с
7> 1000
7 > 1000
аг = 2% для L = 30 м,
для L = 3 м
Регистрация рентгеновского излучения с E > 10 кэВ
160 5. Идентификация частиц
Импульс р, ГэВ/с
Рис. 5.28. Длина различных детекторов, необходимая для разделения тг- и uf-мезо-нов. I — разделение по времени пролета; 2 — разделение по ионизации; 3 — разделение с помощью порогового черенковского счетчика; 5 — разделение с помощью детектора переходного излучения.
6. Измерение энергии
6.1. Электрон-фотонные ливневые счетчики
Взаимодействие фотонов или электронов высокой энергии с веществом приводит благодаря образованию е + е'-пщ> и тормозного излучения к каскаду («ливню») фотонов, электронов и позитронов, развивающемуся до тех пор, пока энергия электронов и позитронов не достигает «критической энергии» Ес (см. пп. 1.2.2 и 1.2.3). Упрощенное рассмотрение этих ливней выглядит таким образом: первичный фотон с энергией Eo образует с вероятностью 54% в слое толщиной в одну радиационную единицу длины (Xo) пару е+ е ~; обе частицы в среднем имеют энергию примерно ?о/2. Если Ео/2 > Ее, то образующиеся электроны и позитроны теряют свою энергию Ео/2 преимущественно посредством тормозного излучения (п. 1.2.3), причем в слое толщиной Xo энергия частиц уменьшается до ?о/2е. При этом в среднем излучается квант тормозного излучения с энергией между Ео/2 и Ео/2е. Среднее число частиц после прохождения слоя толщиной 2Xq примерно равно 4. Тормозные кванты в свою очередь вновь рождают пары, так что через п поколений (этому соответствует примерно длина пХо) рождается 2п частиц со средней энергией Ео/2п, которые образуют ливень. Каскад развивается, пока энергетические потери электронов на ионизацию не становятся равными потерям на тормозное излучение, т. е. пока электроны не замедляются до критической энергии, Ео/2п » Ес. Количество поколений в каскаде п = In (Ео/Ес)/\п 2, а количество частиц в максимуме ливня Np = 2п — Eo/Ес. Суммарный пробег S электронов и позитронов в ливне примерно равен
п
S = ух» ^2' + s0I-Np= (j-Xo +j-s^JEo/Ес-, (6.1)
V =- 1 \
здесь $о — пробег электронов с критической энергией. Пробег S пропорционален первичной энергии J?o. Точное значение коэффициента пропорциональности зависит от того, регистрируются ли электроны и позитроны в процессе их торможения от критической энергии
162 6. Измерение энергии
до остановки. В большинстве случаев этого не происходит и приходится учитывать наличие некоторой энергии обрезания 2?. Отсюда при точном рассмотрении получается [12, 209] следующее выражение для видимой длины пробега:
S' = F(Z)XoE0ZEc9 (6.2)
где F(Z) = ez(l + z In (z/U526)) и Z = 4,58 ZEk/(AEc),
Наиболее точный расчет деталей развития ливня получают с помощью метода Монте-Карло [75, 169, 187]. Результаты можно суммировать следующим образом:
а) количество частиц Np в максимуме ливня пропорционально энергии Eo;
б) суммарный пробег S электронов и позитронов пропорционален E0;
в) глубина ливня ХмакС9 на которую приходится максимальное количество частиц в ливне, логарифмически зависит от EoI Хмакс/ Xo = \п(Ео/Ес) - t, где t = 1,1 для электронов и t = 0,3 для фотонов.
Распределение выделяемой в ливне энергии по глубине представ-' лено на рис. 6.1. Здесь результаты измерений, полученные для электронов с энергией 6 ГэВ [20], сравниваются с расчетами по методу
Монте-Карло. Это распределение можно параметризовать следующим образом:
dE/dt = Еосґехр (-?t), ' (6.3)
где t - X/Xo — глубина в единицах радиационной дЛины. Параметры, полученные подгонкой по экспериментальным данным, равны ? « 0,5, а ж jS/макс и с = ?a +l/T(ct + 1). Для фотонов с энергией примерно 1 ГЪВ и свинца в качестве поглотителя получаем из этой параметриз ации
(dE/dx) = Ео09т2 exp(-f/2).
Поперечное распределение частиц в ливне определяется многократным рассеянием низкоэнергетических электронов. Полезной единицей для описания этого распределения является единица моль-ер Rm= 21 МэВ •AVЕс. Из результатов измерений [20], представленных на рис 6.2, видно, что распределение выделяемой в ливне энергии по радиальным интервалам не зависит от материала, если в качестве единицы длины в радиальном направлении использовать
6.1. Элежтрон-фотонные ливневые счетчики
163
1 ' 1 1 ' 1 ' 1 1 1 ' 1 1 ' ' 1 ' 1 ' 1 1 1 ' 1 ' 1 ' ' ¦ ' ' ¦ ¦ ! I 1 I . . ¦ I ¦ ¦ I I I I
О 5 Ю fS 20 25 30 35 40 45
