Йонизационен калориметър (спектрометър за пълна абсорбция)
Йонизационният калориметър (спектрометър за пълна абсорбция) е устройство за измерване на енергията на частиците (адрони, електрони, фотони), основаващо се на пълното поглъщане в дебел слой материя на енергията както на първичната частица, така и на всички частици, образувани при нейното взаимодействие с материята. Принцип на действие. В резултат на взаимодействието с материята първичната частица относително бързо изразходва цялата си енергия за образуването на голям брой вторични частици и в крайна сметка за йонизацията. Йонизацията (брой йонни двойки) може да бъде измерена чрез декомпилация. детектори. Независимо от естеството на вторичните такси. частици и техните енергии за образуване на една двойка йони в веществото се изразходва определено. енергия W (вж. йонизационен потенциал), така че общата енергия на частица, която е попаднала в IR, е равна на:
Тук I е броят на йонните двойки, образувани от частици - продукти на взаимодействие на дълбочина x. Необходимата дебелина на веществото x0 се определя от условието за пълно усвояване на енергията на първичните и всички вторични частици. В случай на електрон или g-квант в йонната киселина, в веществото на йонния кристал се развива електрон-фотонна каскада (EPC). Зависимостта I (x) (каскадна крива) има един максимум (крива 1, фиг. 1). Дължината на EPC достига десетки радиуси. единици (1 радиационна единица - път t0, по който потокът от електрони с фиксирана енергия се затихва e пъти поради тормозно излъчване: t0 = 67 cm в графит, 2 cm в Fe; 0,32 cm в U). Когато високоенергийните адрони навлизат в ИЧ, процесът на разсейване на енергията протича на два етапа; първо, адронът, когато се сблъска с ядрото, произвежда мезони (р, К и др.) и избива нуклоните от ядрото. След това има колапс на ядрото-мишена, с която се излъчват силно йонизиращи частици (протони и ядрени фрагменти). Тъй като инцидентен адрон, като правило, спестява определена част от енергията (средно
1/2), процесът се повтаря, което води до развитието на т.нар. ядрена каскада. Вторичните адрони също създават свои. каскади. Във всеки акт това означава, че част от енергията (15-20%) се прехвърля към p ° -мезони (виж Pi-мезони). В резултат на поредица от последователни взаимодействия към p ° -мезони (и след това към фотони и електрони) при първичната адронова енергия E0 = 100 GeV се прехвърля до 75-85% от енергията му. Останалата част от енергията се прехвърля към силно йонизиращи частици. В плътно вещество, само незначително. част от енергията се отнася от мюони и неутрино [1]. Част от енергията се изразходва за разрушаване на ядрените връзки по време на делене на ядра и не се записва. Въпреки това, при висока енергия E0, частта от загубената (незаписана) енергия е незначителна. В резултат на това кривата на ядрената каскада (2, фиг. 1) е суперпозиция на последователни EPO. Дължината на ядрената каскада е няколко. тн.
Фигура: 1. Електронно-фотонни (1) и ядрени (2) каскадни криви в IR с абсорбери от Fe.
обхват на ядреното взаимодействие l (l е пътят, за който адронният поток с фиксирана енергия E0 се отслабва с коефициент e; l = 86 g/cm 2 = 39 cm в графит, 132 g/cm 2 = 16,8 cm във Fe, 194 g/cm2 = 17,1 cm в Pb). Адронните каскади в инфрачервен абсорбер се колебаят както във форма, така и в дълбочина. Това се дължи на колебанията в енергията, прехвърлена на p ° -мезони, съотношението между дължината на ЕРС и l, както и разпределението на точките на последователни взаимодействия на адрони [2]. Усреднената зависимост I (x) има 1 максимум и след това може да бъде описана от f-lo:
Тук b (x) е частта от енергията, предадена на p ° -мезони и силно йонизиращи частици на единица път. На E0
10 4 GeV е Ch. обр. загуба за производството на p ° - мезони (b
0,15-0,2 за нуклони) и каскадата се абсорбира e пъти при дължина (546) l, за пиони (3-4) l. На дълбочини x/(2-3) l по-голямата част от енергията се съдържа в пиони и поглъщането на каскадата се определя от тях. С намаляването на енергията E0 все повече и повече от нея се изразходва за образуването на силно йонизиращи частици и абсорбцията се ускорява. На E0
Каскадата от 200-400 GeV се абсорбира при дължина 2l, при по-ниски енергии
л. Напречният размер на каскадата при E0/100 GeV е близо до t0. При 10 GeV неутроните, произведени от ядрено делене, играят съществена роля. В този случай повече от 90% от енергията се абсорбира в радиуса r
0,5л. Формата на каскадните криви дава възможност да се установи естеството на частицата, която е влязла в йонизиращата камера (EPC е много по-къса от ядрените частици). Разликата във формата е особено голяма в случая на Pb, W или U, където t0bl. Видове и характеристики на IR. Използват се както хомогенни IR, състоящи се от дебел сцинтилаторен слой, така и слоести структури, при които абсорбиращите слоеве се редуват с детектори (по-често). В първия случай пълната йонизация се измерва незабавно, във втория йонизациите се сумират на дълбочини xi, където се намират детекторите. Като абсорбиращи вещества се използват графит, мрамор, бетон, Pb, месинг, Fe. Дебелината на слоя между детекторите се избира от условието за надеждна интерполация на каскадната крива между слоевете i и i + 1 (няколко t0). Общата дебелина x0 на веществото в IR зависи от скоростта на поглъщане на ядрената каскада. При E0 = 100-500 GeV x0/(748) l. Следователно общият брой на слоевете детектори в IR се определя от съотношението t0 и l. Оптималният брой детекторни слоеве (15-30) се извършва с абсорбер, направен от Fe. В IRC с по-леки абсорбатори броят на детекторите е по-малък, но x0 се увеличава силно. Naib, компактни IR от Pb, W или U, но те изискват по-голям брой детекторни слоеве. Като детектори се използват полупроводникови детектори, йонизационни камери, пропорционални камери, броячи на Черенков, сцинтилационни детектори. В експерименти с косми. лъчи се използват йонизация. камера, която ви позволява да изчислите абс. калибриране на I. до. [4]. Ускорителните експерименти изискват по-бързи детектори (вижте Комбинирани детекторни системи). Енергични. разделителна способност на IR със сцинтилационни детектори (900 g/cm 2 Fe, 30 слоя детектор) DE/E