Спектрометр электронов и гамма-квантов Советский патент 1984 года по МПК G01T1/36 

1

Изобретение относится к технике детектирования и измерения энергий электронов и гамма-квантов высоких энергий.

В изобретении усовершенствуется один из видов спектрометров электронов и гамма-квантов, а именно ливневый черенковский спектрометр.

Известны спектрометры, в которых в качестве среды для развития электронно фотонного ливня применяются слои вещества с большим атомным номеров .(свинец), а в качестве среды для регистрации вторичных частиц ливня - твердьй или жидкий излучатель черенковского света.

Однако эти спектрометры чувствительны к фону медленных частиц, поскольку имеютсравнительно низкое значение пороговой скорости черенковского излучения. Например, для случая излучения из оргстекла пороговая скорость равна fb f,Qp 0,67, что соответствует энергии электрона ,2 МэВ, Я -мезона /vAa МэВ, протона 300 МэВ.

Для случая водяного излучателя соответствующие энергии составляют: для электронов 0,3 МзВ, Л-мезонов л/ 80 МэВ и протонов МэВ.

Кроме фоновых частиц, скорость которых Лежит вьше .порогового значения,, такие спектрометры регистрируют также некоторый процент частиц со скоростью ниже пороговой за счет ядерных взаимодействий, происходящих как в пластинах свинца, так и в веществе излучателя.

Чувствительность к фону медленных частиц затрудняет или даже полностью исключает применение этих спектрометров в полях интенсивных излучений, существующих, например, вблизи ускорителей, или в пучках частиц с преобладающим содержанием частиц других типов (мезонов, нуклонов) .

Другим их недостатком является сравнительно большое поглощение света в излучателе, что приводит к ухудшению энергетического разрешения . При больших размерах спектрометров этот эффект будет вносить основной вклад во флуктуации, сопровождающие процесс преобразования энергии первичной частицы в выходной и fflyльc фотоумножителя. Напри iep5 при поперечных размерах излу66А82

чателя порядка метра ослабление видимого света в излучателе, определяемое как отношение интенсивности прошедшего данную среду

5 света к его первоначальной интенсивности, составит для воды , а для оргстекла / 63%. Таким образом, количество света от частиц,прошедших в разных точках излучателя,

10 будет разниться в пределах 2030%.

Наконец, к недостаткам этих спектрометров следует отнести их значительный вес, что имеет существенное значение, например, при

установке таких приборов на космических объектах.

Цель изобретения - уменьшение регистрируемого фона медленных

20 частиц, уменьшение поглощения света в спектрометрах больших размеров и уменьшение их веса.

Это достигается за счет того, что в качестве среды для регистра25 Ции вторичных частиц ливня используют газ и регистрируют черенковское излучение частиц в этой среде.

Пороговая скорость черенковского излучения для газовой среды значительно выше, чем для жидкой 1ши твердой. Например, для воздуха при атмосферном давлении f,op 0,9997, что соответствует энергиям yu. , я , Ц-мезонов и протонов соответственно 4,25 Гэв 5,6 Гэв 20 Гэв; 38 Гэв и энергии электронов или позитронов Мэв. В этом случае спектрометр не будет регистрировать мезоны и протоны с энергией ниже

Q А Гэв, в то время как большая часть вторичных астиц электронно-фотонного ливня будет зарегистрирована.

Число фоновых отсчетов, обязанных ядерным взаимодействиям, в свинцовых пластинах будет также значительно ниже за счет того, что подавляющая часть вторичных продуктов взаимодействий имеет скорость ниже порогового значения для газовой среды.

Конструкция спектрометра приведена на чертеже.

Он имеет свинцовую пластину 1, газовый излучатель 2, зеркальное отражающее покрытие 3, плоское 4 и параболическое 5 зеркала системы светосбора, фотоумножитель 6, кожух 7 и дискриминатор 8. 3 Принимая в качестве светоизлу- чающей среды воздух, оценим необходимую длину газовых промежутков и энергетическое разрешение спектрометра . В случае когда энергия первично электрона или гаммакванта превьпиае несколько Гэв, а число слоев свинца достаточно для полного развития ливня, число вторичных частиц с энергией вьше 20 Мэв, составит м 7, too. Каждый электрон (позитрон) ливн при пробеге длиной Ц испустит и лучение Вавилова-Черенкова, которо при попадании на фотокатод фотоумножителя создает число фотоэлектронов ; .(п-)е1., (1) где К - коэффициент, учитывающий спектральную чувствительность фотокатода и спектр излучения Вавилова-Черенк ва (для фотокатода Sb-Cs входного окна из обычного стекла ,92, а для ква цевого К 4,4), 5о интегральная чувствительность фотокатода, мка/лм; п - показатель преломления га за в собирающей трубе, - коэффициент, учитывающий потери излучения до попадания в чувствительны слой фотокатода, . L. - длина газового радиатора, см. При числе электронов и позитронов ливня М статистические флуктуации в числе фотоэлектронов с фо токатода ФЭУ будут равны (эл) Для того, чтобы эти флуктуации не сильно ухудшали собственное ампли841удное разрешение фотоумножителя, примем, что Hf Из этого условия и формулы (1) можно определить длину газовых промежутковЩ)2М5,К( (21 Если принять, что амплитудное разрешение современных фотоумножителей ограничено величиной ,06, то при М 100, К 4,4, мка/лм, ,910, 1 получим, что L 86 см (для фотокатода из обычного стекла k 1,92 и при тех же остальных условиях L 200 см). При выполнении условия (2) 3jiepгетическое разрешение спектрометра будет определяться только флуктуациями числа частиц в ливне. Разновидностью предложенного спектрометра может являться конструкция с одним газовым промежутком и одной пластиной-конвертором, толщина которой соответствует максимуму каскадной кривой. Предложенный спектрометр может применяться также и как низкофоновый детектор электронов и гамма-квантов высоких и сверхвысоких энергий, для чего в цепь ФЭУ включается дискриминатор, порог которого установлен так, чтобы пропускать импульсы, соответствующие световыделению от электронно-фотонного ливня. В этом случае целесообразно использовать конструкцию с одной пластинойконвертором толщиной 2-4 радиационных единиц.

1. СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОНОВ И ГАММА-КВАНТОВ, содержащий черен- ковский излучатель, пластину из вещества с большим атомным номером.систеьгу светосбора и фотоумножители, отличаю щ н и с я тем, что, с цепью снижения чувствительности спектрометра к фону медленных частиц, уменьшения поглощения света в излучателе и уменьшения его веса, в качестве черенковского излучателя использована газовая среда.2, Спектрометр по п.1, о т л и- чающийся тем, что, с целью улучшения его энергетического разрешения, он содержит несколько газовых промежутков, разделенных пластинами, суммарная толщина которых выбрана из условия полного развития электронно-фотонного ливня.С ?г~7-ев».V^54^О5о» 4^00>&