КАЛОРИМЕТР Российский патент 1997 года по МПК G01T1/12 G01T1/28 

Изобретение относится к области ядерной физики и физики элементарных частиц и может быть использовано для измерения полного энерговыделения частиц по величине заряда вторичноэмиссионных электронов, испущенных под действием высокоэнергичных частиц с поверхности пластин поглотителя в слоистых калориметрах.

Гомогенный калориметр [1] взятый за аналог, представляет собой прозрачный блок поглотителя, в котором при прохождении высокоэнергетичных частиц образуется электромагнитные или адронные ливни. Частицы ливня создают в среде или черенковское излучение, если радиатор изготовлен из несцинтиллирующего материала (например, а свинцовое стекло), или сцинтилляционный свет, если в качестве активного вещества используется сцинтиллирующий материал. Этот свет затем регистрируется фотоприемником (ФЭУ, фотодиод и др.).

Недостатком такого типа калориметра является невысокая радиационная стойкость вследствие невысокой радиационной стойкости радиатора или активного вещества.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является калориметр [2] который состоит из нескольких слоев поглотителя, выполненных из урана, между которыми расположены пластины активного вещества кремния.

Данный калориметр обладает относительно высокой радиационной стойкостью, однако она все же ограничена радиационной стойкостью кремниевых пластин, расчетное значение стойкости которых по опубликованным данным может достигать лишь 10 Мрад.

Сущность изобретения состоит в том, что в калориметре, содержащем по крайней мере одну группу из последовательно расположенных слоев поглотителя, перед каждым слоем поглотителя размещена соединенная с ним электропроводная сетка, а за последним слоем поглотителя каждой группы последовательно ему расположен вторичноэлектронный умножитель (ВЭУ), слои поглотителя и ВЭУ размещены в вакуумном объеме, при этом каждый слой поглотителя выполнен из расположенных под углом к плоскости слоя пластин, обладающих вторичноэлектронной эмиссией.

В предлагаемом калориметре радиационную стойкость детектора определяет вторичноэлектронная эмиссия с поверхностей металлических пластин поглотителя. Известно, что радиационная стойкость поверхности металлических эмиттеров определяется степенью разрушения эмитирующей поверхности излучением. Доза такого излучения превышает десятки Гигорад. Таким образом заявляемое решение позволяет повысить радиационную стойкость калориметра по сравнению с прототипом на много порядков величины.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как в известной литературе отличительные признаки по данному назначению не использовались.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого калориметра.

На фиг. 2 приведен спектр амплитуд, полученных на данном калориметре при регистрации электронов с энергией 26 Гэв.

На фиг. 3 приведен теоретический расчет разрешения вторичноэмиссионного калориметра.

Калориметр состоит из нескольких слоев поглотителя 1, помещенных в вакуумный объем 2. Каждый слой поглотителя 1 представляет собой набор пластин поглотителя 3, обладающих вторичной электронной эмиссией и расположенных под углом к плоскости слоя. Перед каждым слоем поглотителя 1 установлена соединенная с ним мелкозернистая электропроводная сетка 4, которая предназначена для экранирования поверхностей пластин поглотителя 3 от электрического поля в зазоре между предыдущим и данным слоями. Между соседними слоями поглотителя с помощью делителя напряжения 5 задается разность потенциалов U_c, благодаря которой вторичноэмиссионные электроны двигаются к торцу калориметра где установлен вторичноэлектронный умножитель (ВЭУ) 6, представляющий собой ФЭУ 49Б со срезанным окном фотокатода.

Калориметр устанавливается в вакуумный объем 2 из нержавеющей стали при рабочем давлении (2^oC4)х10^-6 торр. В передней части вакуумного объема имеется окно 7 из кварцевого стекла для ввода луча лазера.

Калориметр работает следующим образом. При прохождении высокоэнергичных электронов, гамма-квантов или адронов через слои поглотителя 1 образуются, соответственно, электромагнитный или адронный ливни. Частицы ливня, проходя через слои поглотителя 1 калориметра, выбивают из поверхности пластин поглотителя 3 вторичные электроны. Благодаря разности потенциалов U_c между слоями поглотителя 1 эти электроны ускоряются и сталкиваются с поверхностью пластин поглотителя 3 ближайшего слоя поглотителя 1, образуя новые вторичные электроны, которые в свою очередь ускоряются по направлению к следующему слою поглотителя 1 и т.д. В результате вторичные электроны транспортируются к торцу калориметра и усиливаются вторичноэлектронным умножителем 6.

Работоспособность калориметра можно проверить лучом лазера или другим мощным источником ультрафиолетового света. При попадании луча лазера на поверхность пластин поглотителя 3 первого слоя поглотителя 1 из него благодаря фотоэффекту выбиваются фотоэлектроны, которые могут имитировать сигнал от ливня. Это позволяет оперативно проверять работоспособность калориметра и, что более существенно, определять характер флуктуаций сигналов и линейность всей системы.

Изучение характеристик калориметра при облучении частицами проводилось на пучках электронов и мюонов с импульсами 26 Гэв/с. Амплитудные спектры от электронов с энергией 26 Гэв приведены на фиг. 2. Разрешение калориметра при энергии электронов 26 Гэв составляет σE/E ≃ 23%..

Приведенные на фиг. 3 расчеты показывают зависимость между разрешением калориметра σE/E и коэффициентом умножения заряда слоем поглотителя 1 калориметра k_mult, который включает в себя коэффициент вторичной эмиссии материала пластин поглотителя. Данная кривая приведена для свинцовых пластин поглотителя.

Для улучшения характеристик калориметра полномасштабный калориметр может состоять из нескольких групп последовательно расположенных описанных выше калориметров.

Использование: изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для измерения полного энерговыделения частиц по величине заряда вторично - эмиссионных электронов, испущенных под действием частиц с поверхности пластин поглотителя в слоистых калориметрах. Сущность изобретения: калориметр содержит несколько последовательно расположенных слоев поглотителя, перед каждым слоем поглотителя расположена соединенная с ним электропроводная сетка. За последним слоем поглотителя каждой группы последовательно ему расположен вторичноэлектронный умножитель. Каждый слой поглотителя выполнен из расположенных под углом к плоскости слоя пластин поглотителя, обладающих вторичноэлектронной эмиссией. 3 ил.

Калориметр, включающий вакуумный корпус с окном для ввода регистрируемых частиц, в котором размещена по крайней мере одна группа из последовательно расположенных слоев поглотителя, отличающийся тем, что перед каждым слоем поглотителя размещена соединенная с ним электропроводная сетка, а за последним слоем поглотителя каждой группы последовательно ему расположен вторично электронный умножитель, при этом каждый слой поглотителя выполнен из расположенных под углом к плоскости слоя пластин поглотителя, обладающих вторично электронной эмиссией.