Способ определения пробега фрагментов релятивистских ядер Советский патент 1985 года по МПК G01T1/22 

11 Изобретение относится к технике эксперимента в релятивистской ядерной физике; преимущественной областью использования изобретения являются опыты по измерению среднего пробега ядерного поглощения :в веществе мишени фрагментов с вьщеленным зарядом, об разукяцихся при взаимодействии пучка релятивистских ядер с ядрами , мишени. Известны способы измерения пробегов фрагментов, заключающийся в том, что после экспозиции пучком релятивистских ядер на ускорителе мишенейдетекторов и их последующей химической обработки с помощью просмотровых и измерительна оптических систем производят поиск событий взаимодействия частиц пучка с веществом мишени-детектора, прослеживание треков фрагментов из первичного взаимодействия до вторичного и оценку по иони зационным потерям энергии фрагментов его заряда. Для реализации данных |способов используются фо оэмульсион;ные детекторы 1 J, жидкостные пузырь ковые камеры 2 и трековые твердотельные детекторы . Основным недостатком этих способо является высокая трудоемкость обработки материалов экспозиции и, соответственно, низкая скорость набора экспериментальной информации, что определяет низкую точность измерения средней величины ядерного пробега. Ближайшим к предлагаемому способу является способ определения пробега фрагментов релятивистских ядер, заключающийся в том, что пропускают пучок исследуемого излучения через мишень-детектор, вьтолненную в виде стопки слоев, толщина каждого из.которых намного меньше длины пробега фрагментов в материале мишени, регистрируют излучение с помощью детек торов вторичных процессов, .установле нии по результатам измерений координат начала и конца траектории каждог фрагмента в мишени и определении по ним пробега соответствующего фрагмен та. Осуществляют измерение заряда фрагментов по диаметру образованного им трека в большом числе плоских слоев мишени-детектора, а координаты начала и конца траектории фрагмента определяют по изменению диаметра трека, при зтом вычисляют длину пробега фрагмента как разность координа 86 начала и конца трека. Для реализации этого способа используются диэлектрические детекторы в виде стопки тонких пленок из трекочувствительного пластического материала. Недостатком и этого способа, который среди известных является самым быстрым, остается низкая скорость получения экспериментальной информации (меньше 10 зарегистрированных событий ядерного взаимодействия фрагментов в час), что не позволяет проводить систематическое исследование зависимости пробега фрагментов от их заряда, типа и энергии ядер и др. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений. Цель достигается тем, что в способе, заключающемся в том, что пучок исследуемого излучения пропускают через мишень-детектор, выполненную в виде стопки слоев, толщина каждого из которых намного меньше длины пробега фрагментов в материале мишени, регистрируют с помощью детекторов вторичные, процессы устанавливают по результатам измерений координаты начала и конца траектории каждого фрагмента в мишени и определяют по ним пробег фрагмента, в качестве вторичных процессов регистрируют черенковское излучение, возникающее в мишени вдоль оси первичного пучка, а координаты взаимодействия устанавливают по скачку изменения интенсивности черенковского излучения. Использование в качестве вторичных процессов черенковского излучения обеспечивает существенное повьш1ение чувствительности и точности измерений, так как угловая направленность черенковского излучения позволяет реализовать условие его полного сбора на регистраторы черенковского излучения и благодаря этому существенно улучшить зарядовое разрешение измерений и, соответственно, поднять их чувствительность; пороговая зависимость интенсивности черенковского излучения от скорости частиц полностью исключает фон медленных сильноионизирующих заряженных частиц,образующихся при взаимодействии пучковых ядер и ядерных фрагментов с веществом мии1ени, обеспечивая этому меТоду более высокую избирательность по сравнению с теми, где.для измерения фрагментов 3 используются их ионизационные потер энергии (в этом же направлении дейс вует и угловая направленность черен ковского излучения, позволяя снизить чувствительность к фоновым частицам, отличающимся по углу от пучковых ядер и ядерных фрагментов) регистрация в качестве вторичных процессов черенковского излучения позволяет реализовать высокий уровень автоматизации процесса сбора и обработки экспериментальной информации, что определяет большую скорость набора данных и обеспечивает вместе с названными выше факторами высокую точность измерения ядерного пробега фрагментов релятивистских ядер. На фиг. 1 представлена схема регистрации с помощью черенковских V я радиаторов (С , С,С, С,) ; на фиг. 2 - амплитуды сигналов с черен ковских счетчиков мишени детектора; на фиг. 3 - амплитудный спектр сигналов устройства. Пример реализации способа. Для определения ядерного пробега фрагментов релятивистских ядер выполняются следующие операции: пучковые ядра,ускоренные до релятивист ских энергий,направляют на мишеньдетектор, выполненную в виде стопки слоев, каждый из которых является радиатором черенковского излучения (схематически это представлено на фиг. 1); фрагмент релятивистского ядра (исследуемое излучение), образующийся при взаимодействии с мишенью пучковых ядер, генерирует (ка и родительское ядро) вдоль оси пучк черенковское излучение (вторичный процесс), которое собирают на детек .торах вторичных процессов (ФЭУ), преобразуют в электрический ток, пропорциональньй интенсивности черенковского излучения, и измеряют с помощью зарядо-цифровых преобразо вателей; по изменению в точке образования ядерного фрагмента и в точке его взаимодействия с мишенью интенсивности черенковского излучения (соответственно, по скачкам связанного с черенковским излучением тока детектора), устанавливают координаты начала и конца траектории каждого фрагмента и определяют по ним ядерный пробег фрагмента. В радиаторе счетчика Cj (фиг. 1 первичное (пучковое) ядро Z взаимо864действует с одним из ядер радиатора, в радиаторе счетчика Cj происходит ядерное поглощение образованного в первичном взаимодействии фрагмента. На фиг. 2 представлены амплитуды сигналов с черенковских счетчиковмишени-детектора; скачки амплитуд в точках 1 и 1 связаны с ядерными взаимодействиями пучкового ядра и фрагмента с веществом мишени. Номер счетчика, на котором .происходит скачкообразное изменение амплитуды сигнала падающего ядра, соответствует концу пробега ядра и образованию фрагмента (О; второе скачкообразное изменение амплитуды сигнала черенковского счетчика (k) соответствует концу пробега фрагмента. Толщина пластины радиатора и количество счетчиков m k- .1 , сигналы которых расположены между двумя соседними скачками амплитуд, -определяют свободньп пробег-фрагмента А (2)- ()-Ь , где 1- - толщина радиатора. Средний ядерный пробег фрагмента A(Z) определяется по методу наименьших квадратов при описании экспериментальных данных функцией N(2,xl-C(z) ехр(-х/ ли) ) , где N(z,х) - число фрагментов с зарядом Z , находящихся на расстоянии х от точки образования фрагмента, c(2)const. Точность измерения заряда фрагмента определяется, в основном, числом попавших на фотокатод ФЭУ фотонов черенковского излучения Мф . Лля слоя с толщиной Ь с коэффициентом преломления п число фотонов Нф ;500Ь2Ч-1п2б , где е arccos 1//3,, fJj:l. Число фотоэлектроне 15, собираемых ФЭУ, составляет Мфд , f j - квантовый выход фотокатода, - эффективность сбора фотонов на фотокатод. Малый угловой разброс фрагментов и выбор материала радиатора с показателем преломления п /2 позволяет реализовать для черенковского излучения фрагментов условие полного сбора света на фотокатод ФЭУ счетчика ( f ) обеспечипая опти aльныe условия длтя измерения заряда фрагмента. Лля г 10 Vi 0,5 см.

n« 1,5, 0,9, , 0,1 и e порядка единицы ,Мф5 10, Статисти- t ческая точность определения заряда фрагмента одним счетчиком достаточно высока, собтветственно, ошибка мала;. Д2 tO,3 для z 10. Результаты проверки сказанного на пучке релятийистских ядер иллюстрирует фиг, 3, на которой представлен амплитудньй спектр сигналов макета устройства, через радиатор которого проходили падающие ядра первичного пучка

Ne и образованные ими фрагменты с полным набором зарядов (2 фр 9). Экспериментальная оценка зарядового

5 разрешения макета оказалась близкой к расчетной.

Скорость набора событий ограничивается регистрирующей и анализирующей электроникой и составляет величину событий за импульс ускорителя (или :. 10 событий/ч), что на 2 порядка выше, чем в любом известном способе.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЯДЕРНОГО ПРОБЕГА ФРАГМЕНТОВ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР,заключающийся в пропускании пучка исследуемого излучения через мишень-детектор, выполненную в виде стопки слоев, толщина каждого из которых намного меньше длины пробега фрагментов в материале мишени, регистрации с помощью детекторов вторичных процессов, установлении по результатам измерений координат начала и конца траектории каждого фрагмента в мишени и определении по ним пробега соответствующего фрагмента, отли(О чающий ся тем, что, с целью повьпиения чувствительности и точности (Л измерений, в качестве вторичных процессов регистрируют черенковское излучение, возникающее в мишени вдоль оси пучка, а координаты взаимодействия устанавливают по скачку изменения интенсивности черенковскот-о излучения. 4 О ел 00 сх

V/V

С, -- -CL--с/г Сп

Пдчон ре/гягтп SucrrTCffux ядер

РегисМрирун}и4С1Я и аналаэирующа злe/ f71pf f tJf a

i Г

I

Номер Ci/emvu/ a

U

X

ЭВМ

ФиеЛ

/V Фие.2