Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
путем была измерена зависимость поперечного сечения ионизации от параметра удара и получена информация о механизме реакции.
8.5. Применение в эксперименте с тяжелыми ионами
В начале ядернофизических исследований с тяжелыми ионами наиболее широко применялись маленькие полупроводниковые детекторы. При высоких энергиях налетающих частиц резко возрастает число частиц—продуктов реакции, особенно когда исследуются глубоко неупругие столкновения. На первой стадии в таких реакциях оба ядра оказываются возбуждены на высоколежащие уровни. Эти неустойчивые промежуточные состояния затем распадаются с испусканием нейтронов, протонов, а-частиц или у-излучения либо путем деления. Количество тяжелых фрагментов составляет 2-4, более высокие значения наблюдаются при U—U-столкновениях. Для идентификации продуктов реакции и определения кинематических величин необходимо регистрировать частицы в режиме совпадения, а также определять с помощью счетчиков их потери энергии, пробеги и углы вылета. Для этого требуются детекторы с большой площадью (около 1 м2), а поскольку полупроводниковые детекторы с такой площадью в настоящее время не изготавливаются, были разработаны газовые счетчики с желаемыми параметрами [175].
На рис. 8.10 показана схема эксперимента, поставленного в Дармштадте на ускорителе тяжелых ионов UNILAC для изучения реакции 40Ar + 58Ni при энергии 40Ar 280 МэВ в лабораторной системе и исследования других подобных реакций. Помимо двух 7-
200 8. Примеры применения детекторов
Рис. 8.10. Схема эксперимента по измерению Ar—Ni-столкновений при энергии в лабораторной системе 280 МэВ; 71, 72 — детекторы 7-излучения; У — координатно-чув-ствительная ионизационная камера; 2 — детектор с параллельными пластинами для измерения времени пролета; 3 — ионизационные камеры для измерения потерь энергии [175]; 4 — мишень, 5 —левый монитор; 6 — правый монитор.
счетчиков (71 и 72) в схеме имеются два плеча детекторов для заряженных частиц. Эти детекторы в зависимости от условий измеряют координату пролета частицы, время пролета и потери энергии в детекторе. Оба плеча детекторов содержат при необходимости коор-динатно-чувствительную ионизационную камеру, счетчик с параллельными пластинами и ионизационные камеры для измерения потерь энергии. Счетчик с параллельными пластинами работает при низких давлениях (5 — 10 мм рт. ст.) и высоких электрических полях (5 kB/см). Для сильно ионизующих тяжелых ионов временное разрешение достигает at ~ 170 пс (см. разд. 4.4).
Координатно-чувствительные детекторы состоят из пары ионизационных камер, которые имеют общую катодную плоскость (рис. 8.11). На расстоянии 9 см от катода находится заземленная сетка Фриша, экранирующая расположенные за ней анодные плоскости с ориентацией нитей перпендикулярно как сетке Фриша, нити которой ориентированы в направлении оси х, так и расположенной за ней сетке 0.
Заряженная частица падает примерно параллельно оси z снизу камеры, и вдоль ее следа возникают электоон-ионные паоы. Элект-
8.6. Детектирующие системы в физике высоких энергий
201
Рис. 8.11. Координати о-чувствитель-ный детектор (PSD на рис 8 10) для регистрации продуктов реакции столкновения тяжелых ионов [175] Размеры приведены в миллиметрах 1 — ХС-линия задержки, 2 — анод, 3 — сетка в; 4 — сетка Фриша, 5 — катод, 6 — входное окно (330 мкг/см3 Hostaphan)
Катод
Сетка 9
Анод
роны дрейфуют в направлении электрического поля (± ^-направление) и индуцируют на катоде сигнал. Пока облако электронов находится в объеме между катодом и экранирующей сеткой, обе анодных плоскости экранированы. После пересечения сетки Фриша электроны индуцируют на сетке в короткий, а на аноде длинный во времени импульс. Временной ход импульса показан на рис. 8.11. Измерение координаты х осуществляется с помощью сетки в — путем считывания времени задержки сигнала на отдельных нитях сетки. Координата у получается из разности времен между сигналами на аноде и на катоде, которая пропорциональна времени дрейфа в активном объеме камеры. Точность измерения координаты составляет Ox ~ 1 мм.
8.6« Детектирующие системы в физике высоких энергий
8.6.1. Детектор для реакций с адронами
В этом эксперименте, поставленном в CERN [186], на мишень из жидкого водорода, которая находится в воздушном промежутке большого дипольного магнита (рис. 8.12), падает пучок 7г-мезонов
202 8. Примеры применения детекторов
Рис. 8.12. Схема эксперимента NA 5 для поиска струй в адрон-адронных столкновениях при высоких энергиях [186]. 1 —- мишень; 2 — стримерная камера; 3 — вершинный дипольный магнит; 4 — пропорциональная камера; 5 — искровая камера; 6— фотонный калориметр; 7—адронный калориметр; 8 — рельсы.
с энергией от 200 до 300 ГэВ. В неупругой 7г—/?-реакции при высокой энергии возникает 15-25 вторичных адронов, в основном 7г-мезонов, а также А"-мезоны, нуклоны и тяжелые мезоны. Пример такой реакции показан на рис. 3.30. Вторичные частицы регистрируются в стримерной камере, которая непосредственно примыкает к мишени. Следы частиц искривлены, поскольку стримерная камера целиком расположена в магнитном поле. Точность измерения импульсов частиц по кривизне трека улучшается за счет определения координаты трека с помощью восьми искровых камер большой площади с магнитострикционным считыванием. Поскольку целью эксперимента является поиск струй ("jets") вторичных частиц при большом поперечном импульсе, адронный калориметр позади искровых камер служит для измерения энергии и для выбора событий (триггер) с большой передачей энергии в направлении, перпендикулярном пучку [90]. Область углов, перекрываемая калориметром, может меняться за счет перемещения калориметра по рельсам вдоль оси пучка относительно мишени.
