Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Интенсивность излучения Вавилова — Черенкова. Число фотонов, выходящих из радиатора, и их спектр зависят не только от скорости и заряда частицы, но и от оптических характеристик диэлектрика-радиатора. Излучение Вавилова — Черенкова' характеризуется непрерывным спектром частот, ограниченным со стороны малых длин волн из-за того, что при уменьшении Я показатель преломления п уменьшается и соотношение ?n > 1, необходимое ДЛЯ возникновения излучения, перестает выполняться. Со стороны больших длин волн спектр излучения ограничен тем, что для очень больших к радиатор перестает быть прозрачным.
Релятивистская заряженная частица, движущаяся в диэлектрике, испускает на 1 см пути число квантов в интервале частот от v до V -f dv:
Ф (v)dv = 4я2 (ze)2 [1 — \/(§2n%)\d\l (he2) (9.2)
или Ф (v)dv = 2яг2 sin2ev<iv/137с, (9.3)
где rtv — показатель преломления среды для частоты v. Если показатель преломления не зависит от частоты в интервале длин волн — то интегральный выход в этом диапазоне длин волн К
У (^i. X1) = J Ф (X) dv = -^i2.(-l-_-Ljsin29. (9.4)
X,,
о
В видимой области спектра (4000—7000 А) излучается примерно 470 sin 2O фотонов на 1 см пути для однозарядной частицы. Заметим, что излучение Вавилова — Черенкова существует в любых средах с показателем преломления, большим единицы, в том числе и в сцинтилляторах, однако в них нельзя наблюдать этого излучения из-за сильной конкуренции собственно люминесценции (по интенсивности на два порядка больше), и поэтому одно из основных требований к
299- веществам, применяемым в качестве радиаторов излучения Вавилова — Черенкова, — отсутствие люминесценции.
Радиаторы. Большим преимуществом счетчиков Черенкова перед сцинтилляционными является то, что вещества, используемые в качестве радиаторов излучения, не нужно изготовлять в виде монокристалла высокой чистоты или со строго дозированными примесями. В качестве радиаторов можно использовать широкий набор прозрачных в оптическом диапазоне твердых диэлектриков, жидкостей и газов. Чтобы достичь максимальной интенсивности, при выборе материала радиатора нужно стремиться к максимальному значению и, но, с другой стороны, если в эксперименте необходимо дискриминировать высокоэнергетические частицы по скоростям при условии, что их скорости близки к с, приходится использовать радиатор с малым п.
Весьма важно также, чтобы показатель преломления радиатора не зависел от частоты; это требование вытекает из условия достижения хорошего углового разрешения. Желательно, чтобы материал радиатора имел малую плотность и малый атомный номер и соответственно малые удельные потери энергии на ионизацию и малое сечение рассеяния и, естественно, радиатор должен быть прозрачным в области спектральной чувствительности умножителя. Как и в любом случае идеального, т. е. удовлетворяющего всем требованиям, радиатора не существует. В табл. 9.1 приведены характеристики материалов, наиболее часто используемых как радиаторы. Оосбенно широко применяют для изготовления радиаторов плексиглас, который обладает хорошей прозрачностью. Из плексигласа можно изготовить радиаторы практически любой формы и достаточно больших размеров. Если нужен очень большой радиатор, то используют дистиллированную воду. Применяют в качестве радиаторов и газы, особенно фреон. Хотя при нормальных условиях показатель преломления всех газов очень мал (для фреона 1,00084, а для других газов еще меньше), такие радиаторы обладают уникальной возможностью варьирования п в широком диапазоне просто из-
Таблица 9.1
Материалы, используемые как радиаторы в черепковских счетчиках
Материал
Плотность, г !см'
Показатель преломления
Жидкости
Этиловый спирт Вода
Глицерин Сероуглерод
0,78 1,00 1,26 1,26
1,36 1,33 1,47 1,63
Твердые тела
Плексиглас Кварц
1,18 2,65
1,5
1,46
300- менением давления. Следовательно, у счетчиков с газовым радиатором легко изменяется пороговая энергия.
§ 9.2. типы черенковских счетчиков
Счетчик без фокусировки используется для счета прошедших через радиатор частиц, скорость которых превышает пороговое значение для данного радиатора. Он состоит из радиатора, помещенного в контейнер со стенками, которые обладают высокой отражательной способностью. Весь объем радиатора просматривается одним или несколькими фотоумножителями.
Интенсивность световой вспышки в черенковском счетчике мала по сравнению сосцинтилляционным. Так, в плексигласе выход фотонов в видимой области спектра для частицы с ? = 1 составит около 250 фотон/см, т. е. при типичной толщине радиатора 4—5 см около 1000 фотонов*. Столько же фотонов рождается в лучшем по свето-выходу сцинтилляторе NaI(Tl) при поглощении в нем ?-частицы с энергией всего около 30—50 кэв.
В пороговом счетчике с плексигласом не возникает фотонов, если скорость частицы меньше, чем 2 ¦ 1010 см/сек (? = 0,67). На практике из-за наличия порога у электронной схемы детектора и шумов умножителя будут регистрироваться лишь импульсы, большие некоторого значения. Это приводит к тому, что действительный порог оказывается ближе к ? = 0,75, а соответственно пороговая энергия для электронов приблизительно 200 кэв, а для протонов — около 400 Мэв. В некоторых случаях необходимы счетчики с высоким порогом. Применение газовых радиаторов позволяет довести порог регистрации до ? та 0,99. В радиаторе с малой плотностью интенсивность вспышек чрезвычайно мала, и для уверенного выделения их из шума изготовляют большие газовые радиаторы длиной їли больше.
