1 ДРЕЙФОВЫЕ КАМЕРЫ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННАЯ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ РАЗНОВИДНОСТЬ ГАЗОВЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ Принцип действия основан на измерении времени дрейфа частиц первичной ионизации от места (координаты) прохождения частицы до чувствительного электрода (проволочки). Большое разнообразие конструкций и размеров Минимальная плотность мертвого вещества

2 Пространственное разрешение ~0,1 мм. Конструкция – плоские и цилиндрические Основные требования к газовым смесям

3

4

5

6 V V max V min t, ns

7 О СНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОНИКЕ ДК Для реализации достоинств ДК (высокое пространственное разрешение, высокая эффективность регистрации многотрековых событий) требуется очень быстродействующая электроника. Электроника ДК может быть разделена на следующие группы: - Чисто цифровые системы, основанные на прямом измерении временных интервалов с помощью быстрых счетчиков; - Системы, в которых измеряемый интервал Δt каким-либо способом преобразуется в пропорционально больший интервал ΔT, который, в свою очередь, уже измеряется сравнительно медленными схемами; - Аналоговые системы с преобразованием Δt ΔA (время-амплитуда) с последующим измерением амплитуды. Цифровые системы прямого измерения наиболее быстродействующие, но имеют ограничение по разрешающему времени. Две другие разновидности позволяют получить произвольно малое разрешающее время, но имеют ограниченное быстродействие и менее стабильны. Т.к. в каждом событии срабатывает только часть каналов, то иногда схему строят так, что один измеритель (или несколько) используется для Обслуживания большой группы каналов.

8

9

10

11

12 СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ СЧЕТЧИКИ При взаимодействии излучения с веществом кроме ионизации возникает возбуждение атомов и молекул вещества. При возврате в исходное состояние излучается свет. Это явление носит название сцинтилляции. Основные характеристики и требования к сцинтилляторам. 1. Высокая конверсионная эффективность Е св. / Δ W. Обычно лежит в пределах от долей % до десятков %. В идеальном сцинтилляторе эта величина не должна зависеть от сорта частиц и величины энергии. Такой сцинтиллятор имел бы абсолютную пропорциональность. 2. Техническа эффективность (технический выход) Е св вых.. / Δ W. Зависит от прозрачности сцинтиллятора к собственному излучению. 3. Время высвечивания J(t)=J 0 exp(-t/t св. ) Реально закон высвечивания более сложен и описывается несколькими экспонентами с существенно разными амплитудам и постоянными времени. Как правило, одна из экспонент доминирует по амплитуде, т.е. переносит наибольшую энергию.

13 Основные свойства сцинтилляторов определяются механизмом высвечивания. По этому признаку сцинтиллирующие вещества делятся на три класса: 1. Сцинтилляторы на основе органических соединений. Антрацен (C 14 H 10 ), нафталин (C 10 H 8 ), трансстильбен (C 12 H 10 ) 2. Неорганические кристаллы NaJ(Tl), CsJ(Tl), BGO, BaF 2 3. Газы Гелий, аргон, ксенон, криптон и их смеси.

14

15

16 На одноэлектронную форму тока ФЭУ накладывается форма световой вспышки. Для кристалла антрацена τ св. =30нс, для органических стекол τ св. =1--5нс, для неорганических кристаллов NaJ(Tl ) τ св. =250нс, CsJ(Tl ) τ св. =1мкс. Для сохранения пропорциональности между энергией светового импульса и амплитудой выходного сигнала токовый импульс на выходе ФЭУ необходимо интегрировать с τ инт, >> τ св. С помощью сцинтилляционных счетчиков можно проводить энергетические, временные и координатные измерения. В основном, первые два.

17 Для питания ФЭУ диноды и фотокатод подключаются через резистивный делитель к ВВ-источнику. Через делитель должен протекать ток I д >I фэу max. Это необходимо, чтобы потенциалы электродов оставались постоянными. Обычные резистивные делители пригодны при малых загрузках в спектрометрическом режиме, когда I фэу мал. Во временном режиме, когда R н =50ом, ток делителя последних динодов увеличивают или используют вместо резисторов стабилитроны. Часто, кроме анода, сигнал снимается дополнительно и с одного из динодов, как правило, последнего. Это делается тогда, когда требуется одновременно проводить энергетические и временные измерения. Поскольку ФЭУ является источником тока, величина нагрузки в цепи анода роли не играет. Особенно важным для режима работы ФЭУ является ток, протекающий в цепи посдедних динодов и анода.

18 ЧЕРЕНКОВСКИЕ СЧЕТЧИКИ При прохождении релятивистской заряженной частицы через вещество помимо возбуждения возникают процессы поляризации - смещение электронного облака атома относительно ядра. После прохождения частицы поляризованный объем может излучить электромагнитный импульс. Если V ч < C/n, где n - показатель преломления среды, то частица отстает от фронта электромагнитной волны и напряженность поля в удаленной точке равна нулю, т.к. в результате интерференции испускаемые отдельными участками электромагнитные импульсы гасят друг друга. Если V ч > C/n, то частица опережает порожденное ею излучение, и сферы когерентного излучения пересекаются так, что напряженность поля в удаленной точке может оказаться отличной от нуля. Поверхность, где происходит когерентное сложение, имеет вид конуса с углом раствора cosΘ = C/(n V ч )

19 Угол Θ меняется от Θ min. = 0 при C/n= V ч до Θ max. =arc cos(1/n) когда частица движется со скоростью света. Например, в плексигласе n = 1,5 и Θ = Черенковский детектор состоит из радиатора, в котором возникает излучение, оптической системы и регистрирующего свет прибора, как правило - ФЭУ. Основное преимущество черенковских счетчиков по сравнению с другими типами детекторов заключается в высокой разрешающей способности по времени. В среде с постоянным коэффициентом преломления толщина волнового фронта бесконечно мала, следовательно, должна быть очень малой длительность световой вспышки. Из-за дисперсии { n (λ)} волновой фронт реально имеет некоторую толщину. В радиаторе толщиной см длительность светового импульса не превышает 1нс. Из-за отражений от стенок это время может увеличиваться до нескольких наносекунд.