Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
7.2. Форма магнитов для экспериментов на накопительных кольцах
В таких экспериментах лабораторная система является одновременно системой центра масс. Число взаимодействий для исследуемых процессов, как правило, очень мало. Так, например, плотность пучка в электрон-позитронных накопительных кольцах достигает L = 1030 см~2-с~"\ что при поперечном сечении порядка нескольких нанобарн дает количество взаимодействий порядка 10"Vc Еще меньше количество взаимодействий в единицу времени для слабых процессов на протон-антипротонных накопительных кольцах. Поэтому необходимо весь телесный угол вокруг точки взаимодействия перекрыть детекторами. Для магнитного поля такого детектора характерны следующие геометрические конфигурации (рис. 7.5).
а. Дипольный магнит вместе с двумя компенсационными магнитами, которые не дают пучку частиц сойти с орбиты. Преимуществом j гой конфигурации является то, что поле получается однородным и что для частиц, испускаемых в направлении как вперед, так и назад (относительно оси пучка), разрешение по импульсу является одинаково хорошим. Импульсы частиц, испускаемых под углом 90° к оси пучка и параллельно силовым линиям поля, не могут быть измерены. Эта конфигурация не может быть использована в электрон-позитронных накопительных кольцах, так как в результате отклонения частиц в самом пучке там образуется сильное син-хротронное излучение.
Рис. 7.5. Формы магнитов для экспериментов на накопительных кольцах, пучок направлен по оси магнитов, линии со стрелками показывают направления токов 1 — дипольный магнит, 2 — тороидальный магнит, 3 — магнит со щелевым полем, 4 — і соленоидальный магнит
! б. Дипольный момент с расщепленным полем. Для частиц, вылетающих вперед или назад, разрешение по импульсу наилучшее. Для частиц, вылетающих в поперечном направлении, траектории проходят в сильно неоднородном поле, и реконструкция следа частицы затруднена. Как и в предыдущем случае, из-за синхротронного излучения в поле, перпендикулярном направлению пучка, эта
конфигурация непригодна для электрон-позитронных систем.
в. Тороидальное поле. Внутренний цилиндр, через который проходит пучок, вызывает многократное рассеяние, которое ухудшает разрешение по импульсу. Пучок входит в детектор в пространстве без поля.
г. Соленоид. Магнитное поле проходит параллельно траектории частиц в пучке, так что не образуется синхротронного излучения. Наилучшее разрешение по импульсу достигается здесь для частиц, испускаемых в поперечном направлении. Часть детектора, расположенная внутри катушки, доступна только тогда, когда удаляются наконечники, формирующие магнитное поле.
Вследствие особенностей, рассмотренных выше, для протон-протонных и протон-антипротонных накопительных колец используются дипольные и соленоидные магниты, в то время как для электрон-позитронных накопительных колец почти исключительно применяются соленоидные магниты. Это приводит к тому, что детекторы в экспериментах на накопительных кольцах гораздо более похожи друг на друга, чем детекторы в экспериментах с покоящейся мишенью.
186 7 Измерение импульсов частиц
7.3. Центральные трековые детекторы
для экспериментов на накопительных кольцах
Для соленоидных полей, используемых на накопительных кольцах, измерение импульса обычно осуществляется в центральном трековом детекторе вокруг точки взаимодействия. Этот детектор имеет форму цилиндра с цилиндрическими координатами г (радиус), в (азимутальный угол) и z вдоль направления магнитного поля, параллельного оси цилиндра. Если ошибка измерения в плоскости (г, <р), перпендикулярной направлению поля, равна о>,?, то компонента импульса в этой плоскости Pt измеряется с точностью ак
[118]:
м t__
= [(0r,oPT)/(O,3BL2)WnO/(N+ 4), (7.8)
где N—количество эквидистантных точек вдоль следа частицы, В измеряется в тесла, L и о>, ^ — в метрах. К этой ошибке, обусловленной погрешностью измерения импульса, следует прибавить ошибку, обусловленную многократным рассеянием (MS) частиц на их пути вдоль длины камеры L:
MS _ s
= (0,05ASL W 1,431,/?. (7.?
Здесь Xo — средняя радиационная длина материала, который пересекает частица.
Чтобы реконструировать полный импульс P по следу частицы, необходимо измерить также полярный угол в частицы относитель-1 но оси z. Тогда полный импульс равен %
P = Pr/sin 0.
(7.10)
Ошибка а$ измерения угла в определяется двумя источниками. Один источник — это ошибка измерения az координаты z вдоль следа ча-
угловую
(овГ = (az/L)4\2(N- I)Z[N(N+ 1)]. (7.11)
Другим источником является многократное рассеяние, вклад которого равен
(ав)ш = [0,015/(>/ЗР)]>/ї7Ж. (7.12)
Из этого соотношения в качестве доминирующего эффекта следует, что разрешение по импульсу (когда основной вклад дает погрешность определения координат) улучшается пропорционально произ-
Таблица 20 Центральные трековые детекторы
Наиме- Литера- Максимальная длина трека Плотность Число из Даале- Число сиг- Пространственное разрешение Метод Разрешение по импульсу о/рг, % (ГэВ/с) 1
нование тура радиаль аксиальная потока, В, Тл меренных ние га нальных mkm ct11 mm измере
