Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
8.6.2. Детектор нейтрино
Из-за очень малой величины поперечного сечения взаимодействия нейтрино с нуклонами, которая при энергии нейтрино 150 ГэВ
8.6. Детектирующие системы в физике высоких энергий
203
!Рис. 8.13. Детектор нейтрино коллаборации CDHS [134]. 1 —15 намагниченных же-[лезо-сцинтилляторных калориметров; 2—19 дрейфовых камер.
і
X
Ї составляет лишь 10"36 см2, детекторы нейтрино должны быть очень массивными. В детекторе коллаборации CERN — Дортмунд — Гейдельберг — Сакле, изображенном на рис. 8.13 [134], стальная мишень с массой 1500 т помимо этого выполняет еще три функции: а) конструкция из 75 см стальных пластин диаметром 3,75 м образует тороидальный магнит; б) между каждыми двумя стальными пластинами толщиной 5 см (для семи магнитов) иди 15 см (для восьми магнитов) с помощью пластических сцинтилляторов и 16 ФЭУ измеряется энергия ионизации адронного ливня; в) частицы, которые проникают в сталь глубже, чем на 2 м, идентифицируются как мюоны, а их импульс определяется из кривизны траектории в тороидальном магнитном поле с точностью 10%; для этого дрейфовые камеры большой площади вставляются между торои-дами. Они имеют три плоскости сигнальных нитей, натянутых в азимутальном направлении под углом 120° друг к другу [177].
Структура одной из дрейфовых ячеек показана на рис. 3.8 и 3.9. Этот детектор зарегистрировал примерно 5•1O6 взаимодействий
нейтрино в CERN на синхротроне с энергией 400 ГэВ. Среди них были события без мюонов в конечном состоянии («нейтральные слабые токи»), с одним мюоном («заряженные токи», кварковая структура нуклонов) и с несколькими мюонами (образование «чар-мированных» кварков). В дальнейшем часть детектора была заменена намагниченными стальными тороидами с толщиной пластин 2,5 см, что позволило улучшить энергетическое разрешение для адронов. На рис. 8.14 представлена фотография одного такого то-роида диаметром 3,75 м.
8.6.3. Детектор для электрон-позитронных столкновений на накопительных кольцах \
[ Одним из четырех больших детекторов на электрон-позитрон-ном накопительном кольце PETRA в DESY является детектор JADE
204 8. Примеры применения детекторов
Рис. 8.14. Намагниченный железо-сцин-тилляторный калориметр тороидальной формы коллаборации CDHS с железными пластинами диаметром 3,75 м и толщиной 2,5 см, со вставленными пластинами сцинтиллятора толщиной 0,5 см.
[22, 88], схематически изображенный на рис. 8.15. Частицы, вылетающие из точки взаимодействия, регистрируются во внутреннем
детекторе (см. гл. 7), который состоит из дрейфовых камер (см. разд. 3.4) в соленоидальном поле с плотностью потока 0,45 Тл. Ko-
Рис. 8.15. Поперечное сечение детектора JADE для регистрации электрон-позитрон-ных столкновений при энергии в системе центра масс 20-40 ГэВ [22, 28] 1 — компенсирующая катушка, 2 — маркирующая система; 3 — счетчики пучка, 4 — счетчики времени пролета; 5 — внутренний детектор; б — железное ярмо; 7 — мюонные камеры, 8 — мюонный поглотитель; 9 — счетчики из свинцового стекла (поверхность цилиндра); 10 — катушка, 11 — счетчики из свинцового стекла (торцы)
8.6. Детектирующие системы в физике высоких энергий 205
Рис. 8.16. Вид сбоку детектора UA 1 для исследования протон-антипротонных столкновений при энергии в системе центра масс 540 Гэв 1 — центральный детектор; 2, 5 — адронный калориметр; 3, 4 — счетчики электромагнитных ливней; б — мюонный детектор; 7—катушка для дипольного поля; 8, 9 — детектор малых углов с камерами и калориметрами; 10 — компенсирующие магниты [240].
ординаты следа измеряются с точностью 180 мкм при разрешении г по импульсу Op/р1 = 2,2% (ГЪВ/с)"1. С помощью внутреннего де-\ тектора частицы идентифицируются также по потерям энергии. Co-\ леноидальное поле образуется с помощью алюминиевой катушки І толщиной 7 см. Снаружи катушки находится 2520 счетчиков элек-; тромагнитных ливней из свинцового стекла, составленных в виде 30 колец по 84 счетчика в каждом. Оба торца цилиндрического внутреннего детектора также окружены свинцовыми стеклами; вместе со счетчиками цилиндрической поверхности они перекрывают 90% телесного угла. Ярмо магнита для замыкания магнитного потока служит одновременно и в качестве поглотителя. Его толщина 785 г/см2 соответствует шести адронным длинам поглощения. Частицы, проходящие через этот поглотитель, идентифицируются как |мюоны с помощью четырех слоев плоских дрейфовых камер.
8.6.4. Детектор для протон-антипротонных столкновений на накопительных кольцах
Одним из детекторов для протон-антипротонного коллайдера, в который был превращен (после соответствующей перестройки в накопительное кольцо) протонный синхротрон в CERN на 400 ГэВ,
206 8. Примеры применения детекторов
Рис. 8.17. Перспективный вид детектора UA 1 с открытым магнитным ярмом.
является детектор UAl («подземная площадка 1»). Рис. 8.16 и 8.17 дают представление об этом массивном аппарате. Центральным детектором (радиус 1,2 м, длина 5,7 м) служит дрейфовая камера с большой длиной дрейфа (20 см) для электронов, которая находится в дипольном магнитном поле. Камера содержит примерно 10000 сигнальных проволочек, которые служат как для измерения времени дрейфа, так и для измерения потерь энергии dE/dx. Пространственное разрешение составляет примерно ах ~ 250 мкм. Центральный детектор окружен счетчиками электромагнитных ливней, которые находятся в магнитном поле. Ярмо магнита сегментируется сцинтилляционными счетчиками таким образом, что может использоваться в качестве адронного калориметра. Как в электромагнитном, так и в адронном калориметрах используется сбор света с помощью сместителя длины волны (см. разд. 4.3). Снаружи адронный калориметр окружен с пяти сторон дрейфовыми трубками, которые регистрируют проникающие мюоны.
