Материал: l_02
Сцинтилляционные
Сцинтилляционные
детекторы
детекторы
ФЭУ
представляет
собой
баллон
,
внутри
которого
в
вакууме
располагается
фотокатод
и
система
последовательных
динодов
,
находящихся
под
положительным
увеличивающемся
от
динода
к
диноду
электрическим
потенциалом
.
В
результате
фотоэффекта
из
фотокатода
вылетают
электроны
,
которые
затем
,
ускоряясь
в
электрическом
полем
,
направляются
на
систему
динодов
,
где
за
счет
вторичной
(
ударной
)
электронной
эмиссии
образуют
нарастающую
от
динода
к
диноду
электронную
лавину
,
поступающую
на
анод
.
Коэффициент
усиления
ФЭУ
(
число
электронов
,
достигших
анода
при
выбивании
из
фотокатода
одного
электрона
)
составляет
10
5
–10
6
,
но
может
достигать
и
10
9
,
что
позволяет
получить
на
выходе
ФЭУ
легко
регистрируемый
электрический
импульс
.
Временн
ó
е
разрешение
ФЭУ
составляет
10
−
8
–10
−
9
с
.
Черенковский
Черенковский
детектор
детектор
Принцип
работы
этого
детектора
основан
на
регистрации
излучения
,
открытого
П
.
А
.
Черенковым
в
1934
г
.
и
возникающего
при
движении
заряженной
частицы
в
прозрачной
среде
со
скоростью
v
большей
скорости
света
u
в
этой
среде
.
Поскольку
с
u
n
=
,
где
с
—
скорость
света
в
вакууме
,
а
n —
показатель
преломления
среды
,
то
условие
возникновения
черенковского
излучения
имеет
вид
с
v
n
>
.
Черенковское
свечение
является
когерентным
излучением
диполей
,
образующихся
в
результате
поляризации
среды
пролетающей
заряженной
частицей
,
и
возникает
при
возвращении
этих
диполей
(
поляризованных
атомов
)
в
исходное
неполяризованное
состояние
.
Если
частица
двигается
медленно
,
то
диполи
успевают
поворачиваться
в
её
направлении
.
Поляризация
среды
при
этом
симметрична
относительно
координаты
частицы
.
И
излучения
отдельных
диполей
при
возвращении
в
исходное
состояние
гасят
друг
друга
.
При
движении
частицы
со
«
сверхсветовой
»
скоростью
за
счёт
запаздывающей
реакции
диполей
они
преимущественно
ориентируются
в
направлении
движения
частицы
.
Итоговая
поляризация
оказывается
несимметричной
относительно
местоположения
частицы
и
излучение
диполей
нескомпенсированным
.
Черенковский
Черенковский
детектор
детектор
Фотоны
черенковского
излучения
испускаются
под
углом
θ
к
направлению
движения
частицы
,
причем
величина
угла
определяется
соотношением
1
cos
n
θ
β
=
где
β
=
v/c
.
Это
соотношение
легко
понять
на
основе
принципа
Гюйгенса
.
Огибающая
световых
волн
для
частицы
,
двигающейся
со
скоростью
v
>
u
,
представляет
собой
конус
,
вершина
которого
совпадает
с
положением
частицы
в
данный
момент
(
точка
Р
′
на
рисунке
),
а
нормали
т
к
образующим
конуса
показывают
направление
распространения
черенковского
света
.
На
рисунке показано
,
как
частица
,
проходившая
в
момент
времени
t
через
точку
Р
,
породила
сферическую
электромагнитную
волну
,
которая
за
время
τ
распространилась
от
точки
Р
на
расстояние
с
R u
n
τ
τ
=
=
.
За
то
же
время
частица
,
двигающаяся
со
скоростью
v
>
u
прошла
путь
v
τ
>
R
и
оказалась
в
точке
Р
′
.
Волна
от
точки
Р
′
ещё
не
успела
распространиться
в
веществе
.
Конус
АР
′
А
−
граница
области
,
занятой
черенковской
электромагнитной
волной
(
её
фронт
)
к
моменту
t
+
τ
.
Угол
θ
это
угол
между
перпендикуляром
,
опущенным
из
точки
Р
на
образующую
конуса
АР
′
,
и
линией
движения
частицы
(
прямой
РР
′
).
Очевидно
,
косинус
этого
угла
равен
отношению
длин
отрезков
R
и
РР
′
,
т
.
е
. cos
θ
=
u
/
v
=
1
/
β
n
.
Черенковский
Черенковский
детектор
детектор
Энергия
частицы
,
конвертируемая
в
черенковское
излучение
,
мала
по
сравнению
с
её
ионизационными
потерями
.
Число
фотонов
,
излучаемых
на
1
см
пути
,
в
зависимости
от
среды
(
радиатора
)
колеблется
от
нескольких
единиц
до
нескольких
сот
.
Это
излучение
можно
наблюдать
визуально
и
регистрировать
с
помощью
фотоплёнки
или
ФЭУ
.
Зависимость
угла
излучения
θ
от
β
позволяет
,
определяя
этот
угол
,
найти
скорость
и
энергию
частицы
.
С
помощью
черенковского
детектора
можно
регистрировать
частицы
с
энергиями
вплоть
до
100
ГэВ
.
Черенковский
счетчик
позволяет
эффективно
выделять
высокоэнергичные
релятивистские
частицы
на
уровне
большого
фона
низкоэнергичных
частиц
.
Черенковский
детектор
состоит
из
радиатора
(
он
может
быть
твёрдым
,
жидким
или
газообразным
),
оптической
системы
,
обеспечивающей
сбор
и
«
доставку
»
черенковских
фотонов
к
фотокатоду
ФЭУ
(
светопровода
)
и
самого
ФЭУ
(
или
нескольких
ФЭУ
).
Разрешающее
время
черенковских
счетчиков
не
превосходит
10
−
9
с
.
α
−
регистрируемая
частица
, 1
−
радиатор
,
2
−
светопровод
, 3
−
ФЭУ
.
Камера
Камера
Вильсона
Вильсона
В
камере
Вильсона
треки
заряженных
частиц
становятся
видимыми
благодаря
конденсации
перенасыщенного
пара
на
ионах
газа
,
образованных
заряженной
частицей
.
Перенасыщение
достигается
быстрым
уменьшением
давления
за
счёт
расширения
рабочего
объёма
.
На
ионах
конденсируются
капли
жидкости
,
которые
вырастают
до
размеров
достаточных
для
наблюдения
(10
−
3
–10
−
4
см
)
и
фотографирования
при
хорошем
освещении
.
Пространственное
разрешение
камеры
Вильсона
обычно
≈
0.3
мм
.
Рабочей
средой
чаще
всего
является
смесь
паров
воды
и
спирта
под
давлением
0.1–2
атмосферы
(
водяной
пар
конденсируется
главным
образом
на
отрицательных
ионах
,
пары
спирта
–
на
положительных
).
фотокамера
траектория
частицы