Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
С 1,00177 Неопентан 30 50 -10
D 1,00049 (N2O-CO2) 100 -120 -10
или фреон-14
E 1,000135 (Ar-Ne) 185 -200 -5
или H2
В то время как в этих счетчиках используется пороговый характер эффекта Черенкова, с помощью других счетчиков измеряют угол черенковского излучения и тем самым скорость частицы. Конус, высвечиваемый излучаемой частицей, может быть сфокусирован в кольцевую картину. С помощью переменной кольцевой диаграммы в фокусе с черенковским светом можно выбрать угол излучения в пределах малого интервала и тем самым обеспечить попадание на фотокатод только этого света. Изменяя радиус кольцевой диафрагмы, можно выбирать различные области угла излучения вс и тем самым скорость частицы ?c («дифференциальные черенковские счетчики»). Если оптика счетчиков устроена таким образом, что корректируется хроматическая аберрация, то такие счетчики называются DISC-счетчиками [167]. С такими приборами можно достичь разрешения по скоростям A?/? » 10 "7.
Длина таких счетчиков ограничивается несколькими метрами.
5.3. Черенковские счетчики 141
0,66 2,М 4,5 8,5 15,8 30 57 Гэб/с
0,2 0,5 1 2 5 ГО 20 50 /00
Импульс р, Гэв/с
і
4
Рис. 5.8. Диапазоны импульсов, в которых могут идентифицироваться тг-мезон, K-мезон и протон посредством комбинации пороговых черепковских счетчиков из табл. 17 [163] Диапазоны для разделения по времени пролета соответствуют длине пролета 3 м, временному разрешению at = 0,15 не и разделению на уровне За, 7, 5, 11 — AB1 2, 6Ъ 12 —ЛВС; 3 — ABC или AB, или АС; 4, 8, 14 — А В С DE; 7, 13— ABC; 9, 15 — AB; 1Oy 16 — AC; 17 — идентификация по времени пролета.
Разделение частиц двух сортов при заданной длине L возможно при импульсах частиц, не превышающих определенного значения; для пороговых счетчиков это следует из уравнения (5.9). Решающим здесь является количество TV фотонов, которое излучает быстрая частица с массой Wi, когда медленная с массой тг еще не излучает. Поскольку N/L ~ 490 sin2 вс (фотон/см), то эта величина определяется черенковским углом дс. Согласно уравнению (5.9), sinвс падает линейно с \/р, так что для 7г—AT-разделения при р - 10 ГэВ/с получаем значение sin вс = 0,048 или вс = 48 мрад. Соответствующее падение вс с ростом р представлено на рис. 5.9 кривой 1. Граничный импульс для 7г—А'-разделения можно получить из этой кривой, если известны требуемое число фотоэлектронов Np и длина L счетчика. Для р ^ 10 фотоэлектронов и L = 100 см должно выполняться соотношение sin2 0с ^ 0,001 или вс ^ 30 мрад, откуда получаем Аран ж 16 ГэВ/с. Для другой пары (wi, тг) частиц можно, используя уравнение (5.9), найти пересчитанный с помощью множителя
Vml - т\ граничный импульс.
142
5 Идентификация частиц
юоо
10
100 1000
I M I I III
№ :
Ю :
to
л»
QOt ¦
70000 гпт
Граничної и игглумьс , ГэВ/с
Рис. 5.9. Черенковские углы для граничных импульсов для разделения т—К с помощью пороговых счетчиков, дифференциальных и черенковских счетчиков DISC[167] 7 — пороговые счетчики, 2 — N2, 5 — SF6; 4 — Не, 5 — дифференциальный счетчик, 6 — DISC-счетчик
Для дифференциальных и DISC-счетчиков соответствующие кривые зависимости вс от импульса приведены на рис. 5.9. По разрешающей способности эти приборы намного превосходят пороговые счетчики. Граничный импульс для ж—Tsf-разделения для дифференциальных счегчиков в 10 раз, а для DISC-счетчиков в 30-40 раз выше, чем для пороговых счетчиков, для которых ж—А-разделение возможно еще при импульсе 500 ГэВ/с.
Измеренный с помощью DISC-счетчика спектр скоростей заряженных гиперонов в коротком вторичном пучке, образованном протонным пучком с импульсом 24 ГэВ/с, показан на рис. 5.10; пучок был настроен на импульс частицы 15 ГэВ/с\ и отчетливо видны пи-
5.3. Черенковские счетчики 143
ки, соответствующие Е~- и д~-гиперонам, стоящие отдельно от мезонов и антипротонов.
В рассмотренных выше дифференциальных счетчиках радиус кольцевой диафрагмы меняется, чтобы выбрать определенный интервал скоростей. В качестве альтернативного решения можно работать с постоянным углом, но изменять давление газа. Такой счетчик [46] изображен на рис. 5.11; скорость счета в зависимости от давления для вторичного пучка, образованного первичным пучком протонов с энергией 400 ГэВ, приведена на рис. 5.12. Счетчик
ИСПОЛЬЗуеТСЯ ДЛЯ ТОГО, ЧТОбы ИЗМерЯТЬ ПОТОКИ 7ґ- и ЛГ-мезонов, что
дает возможность рассчитать потоки нейтрино и антинейтрино, которые образуются при распаде мезонов.
Так как дифференциальные черенковские счетчики используются только для частиц, которые падают параллельно их оптической оси, то для расходящихся пучков частиц, которые выходят из точки взаимодействия в накопительных кольцах, необходимо использовать другой способ. Секвино и Ипсилантис [223] предложили для этого случая черенковский счетчик с кольцевым изображением (RICH), представленный на рис. 5.13. Сферическое зеркало радиусом Rs9 центр которого находится в точке взаимодействия, фокусирует конус черенковского света, образованного в радиаторе, в кольцевую картину на поверхности шарообразного детектора с радиусом Rd- Радиатор заполняет объем между обеими сферами и
