Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
Альтернативный метод сбора света основан на методе Гарвина [112, 226], разработанном для использования в адронном калориметре [21, 224]. Прицип этого метода иллюстрируется на рис. 4.11: голубой свет от сместителя спектра (например, POPOP) выходит из сцинтиллятора и через некоторый воздушный зазор освещает пластинку из плексигласа, активированного сместителем спектра. Этот флуоресцентный материал (например, BBQ) поглощает голубой свет и испускает изотропно зеленый флуоресцентный свет с длиной волны примерно 480 нм. Некоторая часть (10—15%) зеленого света благодаря полному внутреннему отражению остается в пластине и достигает закрепленного на ее торце фотокатода. Главными проблемами, с которыми столкнулись при развитии этой техники, были: а) необходимость найти подходящий сместитель спектра, область поглощения которого соответствовала бы области
4.3. Светосбор от сцинтилляций 125
Рис. 4.10. Зависимость временного разрешения at сцинтилляционного счетчика от разброса времени пролета электронов для применяемых ФЭУ. Короткие сцин-тилляторы (2) с размерами менее 1 см сравниваются с длинными сцинтиллято-рами (7) (длина -2 м, толщина 2-5 см, ширина 20-40 см); 3 — расчет [563; 4— длительность фронта 300 пс; 5 — длительность фронта 600 пс.
і
\ f
0 500 /ООО
Разброс брепени пролета ФЭУ, по
излучения РОРОР или MSB; б) оптимизация собственного поглощения зеленого света в флуоресцирующей пластинке. Эти проблемы решаются путем добавления в качестве примеси 90 мг/л BBQ в
Рис. 4.11. Принцип светосбора со сцинтиллятора с использованием сместителя длины волны. 1 — ионизующая частица; 2 — излучение; 3 — голубой свет флуоресценции; 4 — ФЭУ; 5 — зеленый сместитель; б — воздушный промежуток; 7 — сцинтиллятор.
126 4. Измерение времени
Длина бол но/ Л 7 нм
Рис. 4.12. Спектры поглощения и излучения BBQ1 PBD и РОРОР. 1 — BBQ-излуче-ние; 2 — BBQ-поглощение; 3 — PBD-излучение; 4 — РОРОР-излучение.
плексиглас марки 218 [21]. Такие зеленые пластины в настоящее время выпускаются промышленностью и нашли широкое применение в экспериментах при высоких энергиях. Спектры поглощения и испускания BBQ представлены на рис. 4.12 (BBQ — Benzimidazo-benzisochonolin-7-on).
Необходимая толщина D такой зеленой пластины для поглощения света от РОРОР может быть определена из рис. 4.13; для D = 15 мм более 90% света от РОРОР будет поглощаться. Относительная длина поглощения при концентрации BBQ 90 мг/л составляет X = (5,2 dz 0,2) мм [148].
Толщина D1 мм
Рис. 4.13. Измерение длины поглощения для света от РОРОР в BBQ. X = (5,2 ± ± 0,2) мм [148].
4.3. Светосбор от сцинтилляций
127
1 I
500
-24
12 О 1Z Ж, см
400
300-
200-
ЮО -
1"ItI
24
-24 -12 О 1Z 24
IJ-LLL
CM
Рис. 4.14. Отклонение положения ливня, найденного по центру тяжести амплитуд импульсов (измеренных в четырех углах прямоугольного сцинтиллятора), от истинного положения для ливня с ;100 частицами; среднеквадратичные отклонения составляют: Ox = (7,3 ± 0,1) см; ау = (7,6 ± 0,1) см; размеры счетчика 300x150x1,5 см2 [148].
Этот метод зеленых пластин может применяться для гбора света с больших счетчиков с помощью небольшого числа (порядка 4) ФЭУ. Примером может служить нейтринный калориметр коллабо-рации CFR [21], где счетчики размером 3 х 3 м2 были оснащены четырьмя ФЭУ. Соответствующие амплитуды импульсов могут служить для того, чтобы определить центр тяжести ливня частиц. На рис. 4.14 представлены результаты измерений для счетчиков размерами 150 х 300 х 1,5 см3 [148]. Положение ливня со 100 частицами может быть реконструировано с точностью а = 8 см. Этот метод позволяет уменьшить число ФЭУ. Кроме того, затраты на конструирование зеленых пластин намного меньше, чем на создание адиабатических светопроводов. Однако при одновременном прохождении нескольких ливней разделение с помощью зеленых пластин становится невозможным.
Дальнейшее применение метода зеленых пластин заключается в том, что свет собирается со счетчиков в виде сандвичей свинец — сцинтиллятор (разд. 6.1). Это может быть достигнуто для прямоугольных счетчиков, если зеленые пластины расположить с боковой стороны счетчиков [136]. Если установить на счетчике несколько таких пластин разной длины, то можно измерить количество света
128 4. Измерение времени
Рис. 4.15. Схематическое изображение плоской искровой камеры |52]. I— стеклянный катод со слоем Cr + Cu; 2 — анод из полупроводящего стекла; 3 — медные полоски; 4 — фиксаторы для установки зазора.
в передней и задней частях счетчика-сандвича, а также продольное развитие электромагнитного ливня.
Недостатком сбора флуоресцентного света с помощью BBQ является то, что отклик в этом случае имеет две компоненты, среднее время жизни которых составляет 18 и 620 не [148].
4.4. Плоские искровые счетчики
Эти счетчики состоят из двух плоских электродов, между которыми приложено постоянное напряжение выше статического напряжения пробоя, т. е. результирующая напряженность поля составляет Е/р ~ 30 — 60 В/см-мм рт. ст. Под воздействием первичной ионизации заряженной частицы, пересекающей счетчик, в поле образуется искра, и возникающий при этом анодный ток преобразуется в быстро возрастающий импульс напряжения. В счетчиках этого типа с металлическими электродами [142] искра разряжает полную емкость пластин, при этом в месте искры возникает высокая температура и происходит обгорание электродов. По этой причине в этом месте может образоваться спонтанный разряд даже без первичной ионизации. Одна из возможностей устранения этого заключается в том, что электроды изготавливаются из материала с большим удельным сопротивлением (а ~ 109 — 1010 Ом-см) [18]. Тогда искра заряжает только маленькую площадь конденсатора в окрестности места первичной ионизации и плотность энергии в искре ограничивается, так что электроды не получают повреждения. На рис. 4.15 показан такой счетчик, в котором поверх полупроводникового анода нанесены медные полосы, с которых снимается сигнал и импеданс которых согласован с подсоединяемым коаксиальным кабелем. Счетчики наполняются аргоном под давлением
