Физика элементарных частиц и атомного ядра. Том 17 - Боголюбов Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
ядрами происходит возбуждение и ионизация атомов, существенные даже в
тонких слоях. Это ионизационное торможение, значительное для медленных
частиц, сопровождается уменьшением их кинетической энергии. Ионизационные
потери на единицу длины пути определяются хорошо известной формулой Бете
- Блоха. С уменьшением скорости частиц удельные ионизационные потери
возрастают.
Электрон с кинетической энергией, значительно превышающей потенциал
ионизации атомов среды и образованный в результате ио^-
1034 ПЕШЕХОНОВ В. Д.
яизационного торможения частицы с зарядом z, принято называть 6-
электроном. Максимальная энергия вырываемого электрона определяется
выражением:
Ямакс = 2тс^Ч(1 - (52),
где т - масса электрона; - скорость налетающей частицы в единицах
скорости света с, а угол вылета 6-электрона с энергией Е определяется как
cos 20 = Е/ЕМакс.
При прохождении частиц через вещество с зарядом Z, атомным номером А и
толщиной слоя х (г•см-2) полное число образуемых 8-электронов (рис. 1) с
энергиями, превышающими значение Ег (МэВ), равно
= 0,1535
Большая часть электронов выбивается под углом д/2 и имеет малую энергию.
Из рис. 1 видно, что при прохождении релятивистского
Рис. 1. Число электронов с энергией Рис. 2. Зависимость пробега
электровольте, чем 2?!, выбиваемых в 1 см нов в Аг и Хе при нормальных
усло-аргона при нормальных условиях виях от энергии [10, 11]
протонами с энергией 10 ГэВ
протона в 1 см аргона образуется около 10 электронов с энергиями,
превышающими потенциал ионизации газа, каждый десятый имеет энергию более
1 кэВ. В 5% случаев регистрируемые частицы образуют 6-электроны, пробег
которых в аргоне превышает 100 мкм, что оказывает определенное влияние на
пространственное разрешение детектора. Так как существует отличная от
нуля вероятность вырыва-
МЕТОДИКА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ 1035
ния электронов с энергиями до 2?макс> возможен выход первичных электронов
за пределы тонких детекторов. Зависимость пробега медленных электронов в
газе от их энергии показана на рис. 2.
Электроны с кинетической энергией, превышающей потенциалы возбуждения Еъ
или ионизации I атомов среды, способны, в свою •очередь, возбуждать или
ионизировать атомы вещества. В газовой ореде при нормальных условиях на
каждый первичный электрон (число которых на 1 см пути частиц - wf)
образуется еще около трех электронов вторичной ионизации. Полное число
образуемых ионных пар пт определяется как отношение полных энергопотерь
частицы в газовом объеме детектора к средней энергии 0 образования
электрон-ионной пары. Так как полные энергетические потери заряженной
частицы в тонком слое вещества происходят в результате малого числа
первичных взаимодействий (в аргоне, например, при нормальных условиях
между двумя актами первичной ионизации среднее расстояние 450 мкм),
величина их сильно флуктуирует. Вероятность образования
высокоэнергетических 6-электронов приводит к асимметрии распределения
ионизации относительно наиболее вероятного значения, что требует наличие
большого динамического диапазона детектора по чувствительности.
Определение среднего значения ионизации для каждой частицы по большому
числу независимых измерений, после отбрасывания около 50% наибольших
полученных значений, лежит в основе идентификации частиц в области
релятивистского роста ионизационных потерь с помощью газовых детекторов.
Распределения средней ионизации (построенные по 70% наименьших значений
из 192 измерений) являются узкими и гауссовыми по форме, полная ширина на
полувысоте (ШПВ) их достигает 8,4%, что позволяет отделять пионы от
каонов и каоны от протонов в диапазоне импульсов 5-40 ГэВ/с [12]. Вопросы
идентификации частиц подробно рассмотрены, например, в [131 и выходят за
пределы данной статьи. Заметим только, что в конденсированных средах
эффект плотности, прекращающий рост ионизационных потерь с возрастанием
энергии релятивистских частиц, проявляется раньше, чем в разреженных.
В табл. 1 приведены некоторые параметры наиболее широко используемых
газов [3, 14-18].
Представляет интерес применение газовых координатных детекторов,
чувствительных к ультрафиолетовому излучению, для идентификации
заряженных частиц с импульсами от 1 до сотен ГэВ/c. Идентификаторы
состоят из газового радиатора с фокусирующим элементом, jb фокальной
плоскости которого расположен координатный детектор. При прохождении
быстрой заряженной частицы со скоростью |3 через прозрачную среду с
показателем преломления п > 1 в случае
>• 1 происходит поляризация атомов среды, приводящая к излучению Вавилова
- Черенкова, направленному под углом 0 относительно траектории частицы:
0 = arccos ((3w)-1.
1036 ПЕШЕХОНОВ В. Д.
Таблица 1. Некоторые параметры газов, наиболее широко используемых для
заполнения проволочных координатных детекторов
Газ Z А Р, МГ/СМЗ яв, ЭВ 1, эВ СО, эВ/па- dE/dx, кэВ/см
ni> пар ионов пт, пар ионов
ра см см
Не 2 4 0,178 20,9 24,6 41 0,26 3,7 6,3
