Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
Что касается зависимости разрешения о> от давления газа, то
можно считать, что в первом приближении статистический разброс среднего значения с увеличением количества свободных носителей заряда падает и поэтому о> ~ 1/V/7. Совместно с приведенной выше зависимостью 1/VZ это дает при постоянной толщине счетчика 3 см
аргона
Gr - 6,2/VLp %,
(5.13)
5 5 Измерение ионизационных потерь
155
WO 200 Число счетчиков
Рис. 5.23. Полуширины относительного разрешения для измерений потерь энергий в N счетчиках толщиной T (от 1 до 50 см) L = NT — длина детектора, рабочий газ — аргон при давлении I атм [2]
где р измеряется в атмосферах, L — в метрах. Это соотношение принимает другую форму, если количество счетчиков постоянно, а Толщина счетчика T меняется. Поскольку L = NT, то
о>~ 6,2/VAT#%.
В больших экспериментах ожидаемое из уравнения (5.13) улучшение разрешения с ростом толщины детектора или увеличением давления газа может не достигаться. На рис. 5.24 приведена сводка экспериментальных данных, полученных в ряде экспериментов с использованием больших детекторов [165] с различными толщинами L и давлением газа р. На рисунке представлена зависимость полуширины от произведения Lp. Результаты измерений в двойном логарифмическом масштабе укладываются на прямую, описываемую выражением
где L измеряется в метрах, р — в атмосферах. Таким образом, выигрыш в разрешении не совсем точно соответствует ожидаемому из чисто статистического рассмотрения, которое приводит к выражению (5.13).
о> = 5,8% (Lp)
-0,37
(5.14)
0,1 (ff /о
Рис. 5.24. Экспериментально полученное разрешение (полуширина/среднее значение) для измерения потерь энергии минимально ионизующей частицы в больших детекторах в зависимости от произведения полной длины детектора L на давление газа P [165]
т
0
W
if
I JIIU
1 "'nil 1 1
/о
10
10
10
10s
?7
Рис. 5,.25. Рост потерь энергии в аргон-метановой смеси при различных давлениях газа (от 0,25 до 7,13 атм) 7 — 5% CH4 [159], 2 — 5% CH4 [1611; 5 — 20% CH4 [161], 4 — 20% CH4 [102]; 5 — 10% CH4 [246]
5.5. Измерение ионизационных потерь 157
Рис. 5.26. Относительная разность D средних потерь энергии двух типов частиц (тс/р и е/тг), деленная на относительное разрешение о, в зависимости от давления газа. Импульс частиц 15 ГэВ/с, потери энергии измеряются в 64 счетчиках толщиной 4 см каждый [161] 7—5 C3H8, 2 — 5 CH4, 3 — 15i C4Hi0, 4 — 20 CH4, 5 — 20 C2H*; 6—20 CO2, 7—20 C2H4, ?—10 CO2 + 10 C2H6
При больших давлениях идентификация частиц с помощью измерения ионизационных потерь в газовых счетчиках будет затруднена дополнительно вследствие эффекта плотности, описанного в
158 5. Идентификация частиц
u
и*-1-1-і-1-і-1_L_I_і ¦ У
Qf 0>2 QS 1 2 S
Инпульс р7 ГэВ fa
Рис. 5.27. Измерение средних потерь энергии для пяти типов частиц в зависимости от их импульса р в дрейфовой камере ARGUS. В камере используется смесь из 96% пропана, 3% метилаля и О,7°7о водорода. Относительное среднеквадратичное разрешение составляет о> = 4,1% [79, 222].
п. 1.2.1 [см. выражение (1.23)]: релятивистский рост удельной ионизации dE/dx при больших давлениях менее выражен, чем при нормальном давлении. Для аргона при давлении 7 атм рост составляет 30% по сравнению с 55% при 1 атм (рис. 5.25). Если учесть этот эффект совместно с отклонением от скейлинга (5.13), то получается, что идентификация частиц по измерению ионизационных потерь имеет при нормальном давлении почти такую же чувствительность, что и при высоком давлении. На рис. 5.26 показаны относительные разности полученных с отбраковкой средних значений ионизации D = (1Ж - Ip)ZIp или D = (1е - I7)Zh для пион-протонной или элек-трон-пионной дискриминации. Разности приведены в единицах разрешения Gr для различных смесей и давлений. Для всех исследованных газовых смесей отношение D/ar возрастает между р - 1 атм и р - 2 атм. Для большинства газов при высоких давлениях устанавливается насыщение D/or. Исключение составляет Ar + 5% СзНв и Ar + 5% CH* на пион-протонной диаграмме [161]. В качестве примера результатов измерения удельной ионизации на рис. 5.27 показаны двумерные распределения для измерений потерь энергии dE/dx и импульсов р для следов в детекторе ARGUS. Видно, что при импульсе р < 1,4 ГэВ/с протоны, 7Г-, ^-мезоны и электроны хорошо разделяются.
5.6. Сравнение методов идентификации заряженных частиц
159
5.6. Сравнение методов идентификации заряженных частиц
Методы, которые обсуждались в разд. 5.2— 5.5, могут применяться в определенных диапазонах импульсов частиц р. Если рассмотреть, например, разделение х- и ^-мезонов, то для импульсов до 1 ГэВ/с пригодны метод измерения удельной ионизации и время-пролетный метод, в области до 25 ГэВ/с — пороговые черенковские счетчики, от 1,5 до 45 ГэВ/с — вновь измерение удельной ионизации, до 65 ГэВ/с — RICH-счетчики и свыше 140 ГэВ/с — детекторы переходного излучения. Минимальные длины таких детекторов, достаточные для разделения 7г- и A-мезонов, приведены на рис. 5.28. Диапазоны импульсов, для которых применимы специальные методы идентифицирования, указаны в табл. 18 для двух различных геометрий эксперимента: один эксперимент с фиксированной мишенью и с длиной детектора 30 м и другой — с кольцевым детектором длиной 3 м в радиальном направлении.
