Черенковские и сцинтилляционные координатно-чувствительные спектрометры

• Автор: Шувалов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 79 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. Черенковский у-спектрометр полного поглощения большой площади
1.1 Введение
1.2 Установка с черенковскими спектрометрами полного поглощения большой площади для регистрации медленных я0- и грмезонов
1.3 Измерение координатного разрешения черенковского спектрометра полного поглощения большой площади
2. Электромагнитный калориметр на основе кристаллов вольфрамита МаВі(Ж04)2
2.1 Введение
2.2 Исследование температурной зависимости световыхода кристаллов вольфрамата ЫаШ(1¥04 )2
2.3 Исследование макета электромагнитного калориметра (ЭМК)
3. Координатно-чувствительные сцинтилляционные спектрометры протонов
3.1 Введение
3.2 Установка с протонным спектрометром большой площади
для регистрации протон-пионных пар
3.3 Протяженный сцинтилляционный спектрометр для регистрации протонов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Взаимодействия частиц с ядрами считаются основным экспериментальным методом изучения структуры ядер. К настоящему времени относительно хорошо изучены процессы, идущие с большими сечениями реакций, такие как упругое, квазиупругое взаимодействие частиц с ядрами, квазисвободное взаимодействие частиц с нуклонами ядра. Ситуация меняется, когда речь заходит об изучении структуры ядер в области средних и малых межнуклонных расстояний. При постановке экспериментов по изучению процессов нуклон-нуклонного взаимодействия на средних и малых расстояниях и анализе результатов экспериментов возникают серьезные проблемы с разделением механизмов реакции, связанных с мезонными обменными токами, изобарами в ядрах, короткодействующими динамическими и тензорными корреляциями, взаимодействием частиц как в начальном, так и в конечном состояниях. В таких экспериментах, как правило, требуется исследовать процессы с малыми сечениями реакций и регистрировать в конечном состоянии более одной частицы.
Считается, что в качестве пробной частицы для изучения ядерной структуры предпочтительно использовать фотон, поскольку он практически одинаково хорошо "видит" как периферию ядра, так и его более плотную центральную часть. Кроме того, эффекты перерассеяния в начальном состоянии, по сравнению с адронами или даже электронами, пренебрежимо малы. Как следствие, может быть проведено более прямое исследование.
Эксперименты, избирательные к отдельным механизмам реакций и все более тонким эффектам структуры атомных ядер, требуют пучков частиц высокой интенсивности с большой растяжкой и детекторов с высокой эффективностью регистрации частиц, определением их энергии и координат попадания в детекторы. Томский электронный синхротрон «Сириус» имеет интенсивность пучка около 1011 электронов в секунду, большой диапазон
изменения энергии - от 100 до 1000 МэВ, пучки фотонов, включая поляризованный со степенью линейной поляризации до 70%. Это позволяет проводить широкий спектр корреляционных экспериментов, но и требует создание высокоэффективной детектирующей аппаратуры. Эта задача решалась как путем увеличения площади детекторов, так и самосогласованным определением координат и энергии частиц в этих детекторах.
Исходя из этих предпосылок, были разработаны и изготовлены черенковские и сцинтилляционные спектрометры, которые успешно применяются в экспериментах на Томском синхротроне.
В первой главе представлено исследование характеристик черенковских спектрометров полного поглощения (ЧСПП) большой площади, на основе которых была создана установка для регистрации медленных п°- и р-мезонов.
С помощью этой установки были измерены полные сечения фотообразования я°-мезонов на ядрах б1л, 9Ве, 12С и 1бО в диапазоне 10 МэВ выше порога реакции.
Также представлено определение координатного разрешения ЧСПП большой площади методом анализа амплитуд сигналов с нескольких фотоприемников, просматривающих один гомогенный черенковский радиатор. Самосогласованное определение координат и энергии частицы с использованием априорной информации о форме аппаратурной линии и размерах радиатора обеспечивает удовлетворительное координатное разрешение спектрометра даже при использовании фотоумножителей с большим диаметром фотокатода, как ФЭУ-49. Использование этой априорной информации позволило получить улучшение энергетического разрешения спектрометра по сравнению с вариантом оценки энергии, как суммы амплитуд импульсов фотоумножителей.
Во второй' главе представлено исследование температурной зависимости световыхода кристаллов вольфрамата ИаВМЮ и показана возможность создания радиационно-стойкого электромагнитного калориметра на основе
На следующем этапе, коллаборацией: ПИЯФ (С-Петербург), ИМС (Александров), ИМ (Харьков), НИИ ЯФ (Томск), ИТЭФ (Москва), МИФИ (Москва), ИФВЭ (Протвино), была изучена однородность образцов и определен тип излучения. Однородность кристаллов по длине измерялась с помощью пучков частиц и радиоактивных изотопов. Определение типа излучения в кристалле №В1(У04)2 и его временных характеристик проводилось в сравнении с известным сцинтиллятором СеР3. Изучался отклик этих образцов при облучении релятивисткими пионами, протонами и дейтронами с импульсами до 2.5 ГэВ на ускорителе ИТЭФ (Москва), у-квантами и электронами от источников б0Со и 908г, а также электронами на синхротроне НИИ ЯФ (Томск).
Измерения проводились в режимах амплитудного анализа относительного световыхода и временного анализа методом счета отдельных фотонов. Испытанные образцы вольфраматов размерами 19x19x19 мм3 и 24x24x24 мм3 являются, в основном, черенковскими радиаторами. Оценка квантового выхода света на единицу поглощенной энергии для минимально ионизирующего излучения сделана в НИИ ЯФ путем сравнения с квантовым выходом для известных материалов - пластического сцинтиллятора ПС-111 с калиброванным значением световыхода 10000±500 фотонов/МэВ и свинцового стекла ТФ-5. Для измерений использовался вторичный пучок электронов Томского синхротрона с энергией до 700 МэВ. Размеры радиаторов были: 24x24x160 мм3 - для вольфрамита и пластика, для ТФ-5 24x24x350мм3. Для оценки поглощенной энергии в радиаторах использовались значения, рассчитанные по программе "КАСКАД" [19]. Квантовый выход вольфрамита при сравнении с пластическим сцинтиллятором ПС-111 дал величину 18.7±2.3 фотона/МэВ, а при сравнении с ТФ-5 23.9±5.2 фотона/МэВ. Как видно; результаты двух опытов совпали в пределах ошибок. Эти значения можно практически полностью объяснить черенковским излучением электронов в кристалле, что подтверждает результаты, полученные в ИТЭФ.