Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
В обычных случаях из-за сильной зависимости потерь энергии от заряда частицы определение заряда наиболее просто. Рассмотрим
294- в качестве примера способы определения массы неизвестной однократно заряженной частицы.
Измерение плотности зерен и пробега (AN/Ax, Я). В этом методе используется то обстоятельство, что пробеги двух частиц с одинаковыми зарядами и скоростями пропорциональны их массам. Измерение массы заключается в том, что зависимость плотности зерен вдоль следа неизвестной частицы сравнивается с аналогичной зависимостью для протонов. Так как для частиц с одинаковым зарядом ионизационные потери зависят только от скорости, а число зерен на единице длины пропорционально dE/dx, то на участках следов двух частиц с одинаковой плотностью зерен их скорости равны. Остаточные пробеги, соответствующие одинаковой плотности зерен, определяют массу частицы, т. е. MJMp = ЯостіЯост, где M0x", Я°" — остаточные пробеги неизвестной частицы и протона соответственно, отсчитываемые от точек с равной плотностью зерен. Чтобы получить достаточную точность в этом методе, необходимы длинные треки, так как плотность зерен не очень чувствительна к скорости частицы. Погрешность метода около 10%.
Измерение среднего угла рассеяния а и пробега Я. Отношение масс двух частиц определяется в этом методе сравнением углов многократного рассеяния при одном остаточном пробеге. Проиллюстрируем метод на примере частиц со сравнительно малыми скоростями. Будем считать, что для данного вида эмульсии известен средний угол многократного отклонения ар для протонов в функции остаточного пробега протонов Яр"- Из измерений получены ах при остаточном пробеге Я°ст для однозарядной частицы с неизвестной массой -Wy. Из соотношения (8.26) следует, что при
a Jap = EpIEx. (8.27)
Соотношение между Ep и Ex можно получить из условия равенства сравниваемых остаточных пробегов = Я°р". Известно (см. §2.1), что
(Ex) = (MJMp) Яр (Mp EJMx). (8.28)
Для протонов с энергией от нескольких до сотни мегаэлектронвольт зависимость пробега от энергии можно представить степенной зависимостью следующего типа:
Mp=BEnp, (8.29)
где В — константа. Тогда, если остаточные пробеги, на которых производится измерение среднего угла рассеяния, равны, т. е.
ЯХ(ЕХ) = ЯР(ЕР),
295- то, переписывая с учетом (8.27) и (8.29), получаем BEp = (MxZMp)B (MpExZMxY
п— 1
или EpZEx = (M1ZMx) п =ах/ар. Для пробегов протонов с энергией от 8 до 40 А1эв в эмульсии п = 1,72 обеспечивает погрешность в соотношении пробег — энергия не более 2%. Следовательно, в этом случае
Mx = M (apZax)2'39. (8.30)
В общем случае, когда нет аналитической зависимости пробега от энергии, прибегают к графическому анализу. Основной недостаток метода в том, что а — слабая функция массы, а преимущества — независимость от характеристик и способов обработки эмульсий. При длине треков около 1 см погрешность в определении массы примерно 15%.
Измерение плотности зерен ANZAx и среднего угла рассеяния а.
Этот метод оказывается единственно возможным, если частица не останавливается в эмульсионном слое и ее пробег неизвестен. Из (8.24) видно, что ANZAx — функция только скорости частиц, но не массы и, следовательно, если сравнивать а для трека протона и неизвестной частицы при одинаковых ANZAx (одинаковых скоростях), то
a Jap = MplMx. (8.31)
Наименьшая погрешность в определении M таким методом на пробеге около 5 см примерно 10%.
Список литературы
1. Дас Гупта H., Гош С. Камера Вильсона и ее применение в физике. Пер. с англ. M., Изд-во иностр. лит., 1947.
2. Вильсон Дж. Камера Вильсона. Пер. с англ. M., Изд-во иностр. лит., 1954.
3. Пузырьковые камеры. Под ред. Н. Б. Делоне. M., Госатомиздат, 1963. Авт: Ю. А. Александров, Г. С. Воронов, В. М. Горбунов, Н. Б. Делоне, Ю. И. Нечаев.
4. Принципы и методы регистрации элементарных частиц. Составители редакторы Люк К- Юан, By Цзянь-сюн. Пер. с англ. M., Изд-во иностр. лит., 1963.
5. Калашникова В. И. Фотографические методы исследования излучений. M., Изд-во МИФИ, 1962.
6. Искровая камера. M., Атомиздат, 1967. Авт.: М. И. Дайон, Б. А. Долго-шеин, В. И. Ефременко, Г. А. Лексин, В. А. Любимов.
7. Йант Д. Стримерная камера. — В кн.: «Элементарные частицы». Вып. 9. M., «Наука», 1973.
8. Гегузин Я. Е. — «Природа», 1973, № 6, с. 10.
296- ГЛАВА 9
ЧЕРЕНКОВСКИЕ СЧЕТЧИКИ
§ 9.1. ИЗЛУЧЕНИЕ ВАВИЛОВА—ЧЕРЕНКОВА
Общие замечания. Для исследования распределения частиц по скоростям применяются черенковские счетчики. Широкое практическое применение открытого С. И. Вавиловым и П. А. Черенковым _свечения, возникающего при прохождении быстрой заряженной частицы через диэлектрик, стало возможным только после разработки^ фотоумножителей с большим коэффициентом усиления и малым шумом. В большинстве конструкций черенковских счетчиков излучение, возникшее в радиаторе, собирается специальной оптической системой и регистрируется фотоумножителем. Черенковские счетчики применяются почти исключительно в физике элементарных частиц, в системах, предназначенных для селекции частиц по скоростям и зарядам. Черенковские счетчики разделяются на два типа: с фокусировкой и без фокусировки в зависимости от того, используется или не используется в них оптическая система для создания изображения излучающей области или фокусировки излучения, испущенного в заданном направлении в определенную точку пространства.
