Устройство для идентификации частиц высоких энергий Советский патент 1984 года по МПК G01T1/38 

Изобретение относится к методике эксперимента в области физики высоких энергий и элементарных частиц, преимущественно к устройствам для идентификации частиц посредством рентгеновского переходного излучения (РПИ-детекторов).

Известные устройства для идентиф кации частиц высоких энергий посредством РПИ-детекторов состоят из бол шого числа (до 20-30) расположенных друг за другом модулей, содержащих радиаторы РПИ и многонитяные пропорциональные или дрейфовые камеры 1j .

Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением является устройство, содержащее радиатор переходного излучения и регистратор рентгеновского переходного излучения,-в котором для разделения частиц по массам измеряется число кластеров (сгустков ионизации), образованных в газе пропорциональной камеры квантами РПИ и частично О -электронами от ионизационных потерь самой частицы. Это устройство позволяет при относительно небольшом числе модулей (До шести.) разделять электроны от и -мезонов, а при увеличении числа модулей до 24 разделять -мезоны от К-мезонов 2 .

Однако разрешающая способность (известного устройства недостаточно высока, поскольку устройство регистрирует наряду с квантами РПИ,и часть ионизации, создаваемой самой частицей и не зависящей от Лоренцфактора частицы г- Р/тс (Е энергия, nic - масса частицы) иденти,5ицируемых частиц. Для достижения более или менее приемлемой разрешающей способности приходится использовать до 25 модулей. Но даже при таком Числе модулей невозможно разделять -мезоны от протонов. тому же известное устройство не позволяет одновременно идентифицировать более чем одну частицу.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности при одновременной идентификации множества чйс.тиц без увеличения размеров устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для идентификации частиц высоких энергий радиатор РПИ размещен в зазоре магнита, в качестве регистратора излучения использована дрейфовая камера с пространственно-временным разделением квантов РПИ, установленная непосредственно за магнитом.

На фиг. 1 приведена схема устройства с временным разделением квантов РПИ друг от друга и от частицы; на фиг. 2 - схема устройства с пространственным разделением квантов РПИ друг от друга и от частиц.

Устройство состоит из радиатора РПИ 1 (2000 слоев литиевой фольги толщиной 10 мкм и с расстоянием Между слоями 0,98 мм), размещенного в зазоре магнита 2 (напряженность маг нитного поля Н - Гс, длина полюса магнита 1 м), и дрейфовой камеры 3 толщиной 5 см, наполненной 10 ксеноном при нормальном давлении и состоящей из дрейфового промежутка 4, объема 5 пропорционального усиления, высоковольтного электрода 6, сетч&того электрода 7, и сигнальных нитей 8.

Устройство работает следующим образом.

Идентифицируемая частица в магнитном поле движется по круговой траектории с радиусом кривизны

Р 300 Н/р, где Р- импульс частицы. В радиаторе 1 она образует переходное излучение, которое направлено по касательной к траектории частицы

5 в. плоскости движения частиц. Кванты РПИ, вьмедшие из радиатора и поглотившиеся в газе дрейфового промежутка 4, образуют в последнем локальные сгустки ионизации (кластеры),

расположенные друг над другом в одной плоскости. Под действием электрического поля кластеры дрейфуют в сторону сетчатого электрода 7 и через него попадают в объем 5 пропор ционального усиления. При этом в ва рианте фиг. 1 на сигнальной нити 8, расположенной в плоскости, охватываю щей траекторию частицы и кластеры, возникает последовательность импульсов, разделенных во времени в соответствии с пространственным распределением кластеров. Число импульсов на сигнальной нити равно числу поглощенных в газе дрейфовой камеры квантов РПИ плюс один импульс, обусловленный самой идентифицируемой частицей. Амплитуда каждого из импуль сов пропорциональна энергии соответствующего кванта РПИ. Если одновре-.

манно регистрируются несколько заряп женных частиц, то аналогичная картина возникает на соответствующих сигнальных нитях. В варианте фиг. 2 метод регистрации отличается только тем, что кванты РПИ и сама части|ца регистрируются одновременно, но

разными си нальными нитями, а импульсы от нескольких, частиц разнесены во времени.

Использование предложенного устройства по сравнению с прототипом

0 обеспечивает следующие преимущества. Благодаря тому, что в предложенном устройстве радиатор РПИ помещен в магнитное поле, впервые появляется возможность измерить точно число

5 и энергию квантов РПИ без фонового

вклада от ионизации, создаваемой самой заряженной частицей. Это обстоятельство позволяет резко улучшить разрешающую способность РПИ-детектора. Так, при идентификации пре/шожен iHHM устройством IT-мезонов и К - ме зонов с энергией Е 140 ГэВ достигается коэффициент подавления (режекция) I) -мезонов 6-jf при эффективности регистрации К -мезонов f st 0,9. Известное устройство, состоящее из 24 радиаторов и 24 пропорциональных камер в аналогичных условиях обеспечивает б 10 при. бк 0,9. Предлагаемое устройство позволяет производить идентификацию k-,-Me3O JOB и протонов (при Е 250 гэВ, CK - 0,7, бр 3,5-10-2)., что практически невозможно в известном устройстве.

Использование в предлагаемом устройстве дрейфовой камеры с пространственно-временным разделением кластеров, наряду с радиатором в магнитном поле, позволяет осуществить одновре-

менную идентификацию множества частиц, поступающих в РПИ-детектор узкой струей, что является одним из основных требований в экспериментах при энергиях частиц в сотни гига электронвольт. Известное устройство такой возможности не имеет.

Предлагаемое устройство, значительно превосходя прототип по своим физическим параметрам, практически не увеличиваетпротяженность экспериментальных установок, поскольку радиатор РПИ помещается в зазор магнита, а толщина дрейфовой камеры не превышает 10 см. Соответственно увеличивается светосила установок и следовательно, уменьшается длительность набора статистического материала, что весьма важно на современных ускорителях заряженных частиц с громадным потреблением электроэнергии , Стоимость предложенного устройства находится на уровне стоимости одного модуля известного устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, содержащее радиатор рентгеновского переходного излучения и регистратор рентгеновского переходного излучения (РПИ), отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности при идентификации частиц и обеспечения возможности одновременной идентификации множества-частиц без увеличения размеров, радиатор рентгеновского переходного излучения размещен в зазоре магнита, в KafiecTBe регистратора излучения использована дрейфовая камера; с прост- ранетвенно-временным разделением с квантов РПИ, установленная непосредственно за магнито и. сл