Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.19. Результаты измерений с помощью детектора переходного излучения, на который падают -тг-ме-зоны или электроны с импульсом 15 ГэВ/с. а, б — дифференциальные распределения по количеству кластеров N или по регистрируемому заряду Q. в — зависимость коэффициента подавления тг-мезонов от вероятности зарегистрировать электрон для различных методов дискриминации. 1 — по распределению числа кластеров Af(DISC) порог = 4 кэВ); 2 — по распределению числа кластеров MADC) порог = 4 кэВ); 3 — по распределению заряда Q [ 104]. 4 — 10 ГэВ, 3 — 15 ГэВ.
/ООО
sbo -
2 6 Ю f*
Заряд Q, язв счетчик
O1SO
0,80
OJO
вероятность регистрации
электрона
152 5. Идентификация частиц
f700 OfO 0,80 Q7U Вероятность регистрации
А- мезона
Рис. 5.20. Коэффициент подавления я-мезонов в зависимости от вероятности зарегистрировать /Г-мезон с импульсом 140 ГэВ/с 1 — N (эксперимент А), 2 — Q (эксперимент В), 3 — Q (эксперимент А) В эксперименте Л [104] используются 24 радиатора из графитовых волокон с ксеноновой камерой и полной длиной 132 см, в эксперименте В — 20 радиаторов из майларовых фольг толщиной 5 мкм в камере и полной длиной 147 см
5.5. Измерение ионизационных потерь
Из рассмотренных методов идентификации частиц времяпролет-ная методика может быть использована при малых импульсах до 2 ГэВ/с, пороговые черенковские счетчики — до 20 ГэВ/с, DISC-счетчики — до 200 ГэВ/с и детекторы переходного излучения — свыше у = р/тс = 1000. Для 7Г-мєзонов упомянутые граничные значения соответствуют у = 14, 140 и 1400. Поскольку DISC-счетчики применимы только для узких пучков параллельно падающих частиц, среди детекторов, обладающих универсальностью в использовании, имеется пробел в области 100 ^ у ^ 1000. Одна из возможностей закрыть этот пробел, заключается в измерении релятивистского роста потерь энергии на ионизацию dE/dx, как показано ца рис 5.21. Этот рост составляет для газов 50% минимального значения (dE/dx)o при у = 4, и определение у по этому росту требует возможно точного (2—5%) измерения средних потерь энергии. В диапазоне импульсов ниже 1 ГэВ/с быстрое уменьшение dE/dx с ростом l/?2 также может использоваться для идентификации частиц как альтернативный метод измерения во времени пролета. Статистическое распределение энергетических потерь в тонком слое
S S Измерение ионизационных потерь 153
Импульс р Гз8/с
Рис. 5.21. Относительные потери энергии в слое газа толщиной 1 см, состоящем из 80% аргона и 20Vo метана при нормальных условиях для различных заряженных частиц [178]
газа показано на рис. 1.2. Вследствие асимметричного хвоста в области больших энергий распределения Ландау статистическая точность в определении среднего значения не возрастает с увеличением толщины газового слоя, пересекаемого частицей, а следовательно, и с увеличением образованного частицей заряда, как в случае распределения Гаусса. Однако разрешение увеличивается, если потери энергии измеряются во многих следующих один за другим тонких детекторах и если импульсы с большой амплитудой, образующиеся от б-электронов в некоторых детекторах, отбрасываются. Это осуществляется путем вычисления среднего от 40 до 60*?) измеренных величин ионизации, имеющих меньшие амплитуды. Тайой «сэм-плинг-метод» с отбраковкой уменьшает флуктуации среднего и позволяет измерять потерю энергии dE/dx с точностью, достаточной для разделения заряженных частиц, если известен их импульс. Как видно из рис. 5.21, отношение разности средних потерь энергии тг-и ЛГ-мезонов /,г - Ik к Ik при импульсе 100 ГЪВ/с составляет всего IJIk- 1,05. Для иллюстрации, разность I7^-Ik, деленная на Ik9 полученная из рис. 5.21, представлена на рис. 5.22 в зависимости от импульса р При р = 100 ГэВ/с, когда (h - Ik) = 0,05, разделение 7г- и uf-мезонов требует измерения dE/dx со среднеквадратичным разрешением лучше, чем 2%. Такое разрешение можно получить, используя более 100 пропорциональных камер с общей
154
0,5 1
5 fO
Импульс р, Гзв/с
50 100
Рис. 5.22. Разность /, — 1К средних потерь энергии ж- и К-мезонов, деленная на 1К в зависимости от импульса частицы.
толщиной L газового слоя в несколько метров. С помощью детектора, состоящего из 128 камер, используя 51 сигнал с меньшей амплитудой, удалось получить разрешение оу = o(dE/dx)/(dE/dx) = = 2,5*?) для 7г-мезонов и протонов с импульсом 50 ГэВ/с [159].
Зависимость этого разрешения от длины детектора L и от количества N газовых счетчиков была исследована в работе [2] При этом было установлено, что при заданной сэмплинг-толщине LfN счетчиков относительное разрешение ог и относительная толщина FWHM = 2,36о> увеличиваются приблизительно как !/VN или 1/VZ, как и ожидается при статистическом распределении. Но при заданной длине детектора разрешение не является независимым от разделения этой длины на N отдельных счетчиков. Имеется оптимальное количество счетчиков N*, а следовательно, и оптимальная толщина счетчика Т* = L/N*. Параметризация этих результатов приведена на рис. 5.23. Для детектора длиной 4 м оптимальное количество счетчиков составляет 150 и оптимальная толщина около 3 см, если в качестве счетного газа используется аргон при нормальных давлении и температуре.
