1 ДРЕЙФОВЫЕ КАМЕРЫ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННАЯ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ РАЗНОВИДНОСТЬ ГАЗОВЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ Принцип действия основан на измерении времени. - презентация

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

3 3

4 4

5 5

6 6 V V max V min t, ns

7 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 8

9 9

10 10

11 11

12 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 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 14

15 15

16 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 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 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 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.