Ливневый спектрометр электронов и адронов Советский патент 1985 года по МПК G01T1/36 H01J49/44 

ел

ел

со Изобретение относится к технике дет&ктирования и измерения энергий электронов и адронов больших энерги в ЧО.СТНОСТИ к одному из видов спект роме:тров электронов и адронов О Известны различные спектрометры, предназначенные fsjia измерения энергии частиц в области ее больших значений: черенковские спектрометры на основе тяжелого стекла или спект рометры на основе твердых кристалли ческих сцинтилляторов С2. Ближаргший к предложенному спектрометру является ливневый спектрометр, содержащий металлические плас тины-конверторы, сцинтиллтяционные детекторы заряженных частиц, источник напряжения и первый анализатор импульсов Сз. Принцип работы этих спектрометро состоит в том, что электрон или адрон, проходя спектрометр, расходует свою энергию на; создание ливня вторичных частиц в пластинах конвертора. Число вторичных частиц, пропорциональное энергии первичной частицы, регистрируется сцинтилля ционнь ги детекторами, включающими сцинтилляторы, световоды и фотоумно жители. При этом ливень, вызванный электроном или гамма-квантом, содер жит только частицы электромагнит:-:ой природы (электроны или фотоны), , а ливень 5, вызванный адроном, содержит также ядерноактивные частицы (а,црон и-ядерные осколки), Последние относятся к сильноионизующим частицам; их ионизующая способность на нескол ко порядков больше, чем у электроно и позитронов, Основными характеристиками этих спектрометров являются: точность из мерения энергии первичной частицыв быстродействие и возможность раздел Ыой регистрации ливней, вызванных электонами или адронами. Указанный спектрометр имеет следующие недостатки: 1, Ограничение на точность измер ния Знергии в области ее больших значегний (больше 100 ГэБ). Относителькая точность измерения энергии описьгоается выражением ШШЧ где - энергия первичной частицы, ГэВ; t- толщина пластины конвертора в радиационных единицах; коэффидаенты А , В и с отражают вклад флюктуаций в числе частиц ливня, в числе фотоэлектронов на фотокатоде ФЭУ и в процессах светосбора в сцинтилляторах и световодах. Их типичная величина , г 14%, в 5-4% и . Как видно из приведенной формулы, относительная точность измерения энергии повышается с ее ростом до величины около 100 ГэВ и при дальнейшем повышении энергии остается на постоянном уровне. 2.Недостаточное быстродействие. Оно определяется временем срабатывания сцинтилляционных детекторов, которое составляет приблизительно 50 НС, Отсюда величина быстродействия составит 2x10 с . 3,Отсутствие возможности раздель™ ной регистрации электроннофотонных и ядерных ливней. По величине сигнала в сцннти.пля1щонных детекторах нельзя определить, какого типа ливень развился в спектрометре. Устранение этих недостатков имеет существенное значение при использовании спектрометров на ускорителях последнего поколения, имеющих энергию частиц до 1000 ГэВ и большую интенсивность пучков частиц, а также при исследовании редких процессов с рождением электронов и гамма-квантов. Цель изобретения заключается в расширении диапазона измеряемых энергий и повышении точности измерения, Увеличении быстродействия и обеспечения раздельной регистрации э ектронмо-фотончых и ядерных ливней. Цель достигается тем, что в ливневом спектрометре электронов и адронов, содержащем металлические пластины конвЕртора, детекторы заряженных частиц, источник напряжения и первый анализатор импульсов, детекторы заряженных частиц вьшолнены в виде слоев эмиттера, нанесенных на пластины конвертора, помещены в вакуумный объем и соединены через резистивный делитель с источником напряжения, при этом в спектрометр введен второй анализатор импульсов, а пластины конвертора соединены через одну с первым и вторым анализаторами импульсов. Конструктивно спектрометр выполнен в виде модулей, из которьпс можно получить сборку необходимых размеров,, На чертеже приведена схема одного модуля спектрометра.

311155904

Пластины 1 конвертора помещены в и остальных четных промежутках - при вакуумном объеме, созданном внутри прохождении только сильноионизующих кожуха 2. На одной стороне пластин, противоположной входу пучка, нанесены слои эмиттера 3. Пластина 4 служит анодом, на котором собираются электРОНЫ, испускаемые эмиттером, нанесенным на последней пластине 5 конвертора. Пластины 5 со слоями эмиттера 3 представляют собой детекторы заряженных частиц. Пластины 1 соединены с делителем источника напряжения 6, собранным из резисторов 7, и через переходные конденсаторы 8 - с анализаторами импульсов 9 и 10. Соедине-ние пластин с анализаторами сделано через одну; первая и последующие нечетные пластины соединены с анализатором 10, а вторая и последующие четные пластины - с анализатором 9. Зажим 11 слзжит для подачи высокого напряжения на делитель. Спектрометр работает следующим образом. Через делитель источника напряжеНИЛ 6 на пластины 1 подается постоян ное напряжение. Величина сопротивления резисторов выбирается такой, чтобы в промежутках между пластинами в чередующемся порядке создавались электрические поля напряженностью приблизительно 40 кВ/см (например, в первом со стороны входа пучка и остальных нечетных промежутках) и X.2Q кВ/см (во втором и остальных четных промежутках). При попадании в спектрометр электрона или адрона в пластинах 1 развивается электронно фотонный или ядерный ливень. Заряженные частицы ливня проходя через слои эмиттера 3, вызьшают в них вторичюН) электронную эмиссию, Вторич|Ные электроны собираются на последующих пластинах конвертора. Наведенный ими заряд через переходные конденсаторы 8 передается на анализа торы 9 и 10 импульсов, которые измеряют его величину. Количество вторич ных электронов и создаваемый ими заряд зависит от состава эмиттера, напряженности электрического поля и иониз ющей способности частиц ливня. Напри мер, для эмиттера, состоящего из MgO и при указанной величине электрического поля,в первом костальных нечет-t: ных промежутках вторичные электроны будут испускаться при прохо:еденни всех заряженных частиц, а во втором

частиц. Последние рождаются в ядерных ливнях и отсутствуют в электроннофотонных. Таким образом, величина сиг галар измеряемого анализатором 9, будет пропорциональна полному числу частиц ливня, т,е. энергии первичной , частицы, а величина сигнала, измеряёмого анализатором 10, будет пропорциональна числу сильноионизующих частиц, т.е. будет указывать на природу ливня (ядерный или электроннофотонный) . Расчет характеристик предлагаемого спектрометра производится следующим образом. Согласно формулам электростатики величина сигнала в вольтах при парал лельном соединении h пластин равна ее KN es СП ES п Здесь е - заряд электрона С - емкость одного/промежутка; 5 - площадь пластин; Ы - расстояние между ними; t - электрическая постоянная в системе СИ; к - средний коэффициент вторичной эмиссии; N - среднее число ливневых частиц во всех промежутках, Дня пластин свинца толщиной t радиационных единиц N рассчитывается из формулы Н 50 E/t. (3) Здесь Е- энергия первичной частицы, ГэВ, Точность измерения энергии (энергетическое разрешение) согласно теории лавинных процессов бздет равна Для регистрации электронно-фотонных ливней оптимальная площадь одного модуля равна примерно 3x3 см. Задавая d 0,1 см, i- t p.Qf n 20 и К 10, получ1{м величину сигнала на входе анализатора 9 и энергетическое разрешение при разных энергиях: мВ G(E)/, % Ё, ТэВ 0,05 t,3 0,1 100,5 0,4 105,0 0,13 Величина сигнала на входе аиализатора 10 будет такого же порядка, учитывая, что доля сильноионизующих . частиц составляет 0,1 от полного чис

ЛИВНЕВЬЙ СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТiPOHOB и АДРОНОВ, содержащий металлические пластины конвертора, детекторы заряженных частиц, источник напряжения и первый анализатор импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых энергий и повьшения точности измерения, увеличения быстродействия и обеспечения раздельной регистрации электронно-фотонных и ядерных ливней, детекторы заряженных частиц выполнены в виде слоев эмиттера, нанесенных на пластины конвертора, помещены в вакуумный объем и соединены нерез резистивный делитель с источником напряжения, при этом в спектрометр введен второй анализатор импульсов, а пластины конвертора (Л соединены через одну с первым и вторым анализаторами импульсов.