Детекторы фотонов и калибровочные системы экспериментов GERDA и ТУНКА

• Автор: Шайбонов, Батор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ:
Введение

Глава 1. Детекторы фотонов эксперимента по поиску двойного бета распада GERDA.

1.1. Двойной безнейтринный распад ядер

1.2. Эксперимент GERDA

1.3. Черенковский детектор мюонного вето эксперимента GERDA

1.3.1. Фотоумножители ЕТ9350КВ и ЕТ9354КВ

1.3.2. Измерительный стенд и результаты тестирования

фотоэлектронных умножителей

1.4. Оптический модуль черенковского детектора мюонного вето

Г лава 2. Калибровочная система эксперимента GERDA

2.1. Источники световых импульсов наносекундной
длительности калибровочной системы эксперимента GERDA
2.2. Система оптоволоконных кабелей
2.3. Диффузные рассеиватели света
Глава 3. Детекторы фотонов эксперимента по исследованию первичного космического излучения ТУНКА
3.1. Эксперимент ТУНКА
3.2. ТУНКА-25: гибридный детектор фотонов KBA3AP-370G и
фотоумножитель EMI D669. Измерение длительности черенковского излучения широких атмосферных ливней в эксперименте ТУНКА
3.3. ТУНКА-133: фотоумножители EMI9350KB и R1408-06. Оптические пункты и первые результаты эксперимента ТУНКА-133
Г лава 4. Калибровочные системы эксперимента ТУНКА.
4.1. Калибровочная система эксперимента ТУНКА-25
4.2. Калибровочная система эксперимента ТУНКА-133
Заключение
Список литературы

Введение
Фотоника (наука, связанная с излучением, детектированием и распространением фотонов) все больше и больше расширяет свое влияние в экспериментальной физике. Фотонные методы сегодня — эго наиболее широко распространенные методы в ядерно-физических экспериментах [1]. Особое место они занимают в космомикрофизических экспериментах. Присутствие фотонных методов или практически всех элементов фотоники в таких экспериментах настолько велико, что предлагается по аналогии с ядерной электроникой объединить все эти методы в новую область экспериментальной физики - ЯДЕРНУЮ ФОТОНИКУ [2].
Детекторы фотонов (вакуумные, газовые и твердотельные) являются основным инструментом подавляющего большинства
космомикрофизических экспериментов. Соответственно везде, где применяются детекторы, фотонов, необходимо внедрение в состав экспериментов специальных калибровочных систем для контроля и мониторирования параметров фотодетекторов для получения точных и надежных экспериментальных данных. В состав' калибровочных систем обязательно входят элементы фотоники - источники фотонов (лазеры, светоизлучающие диоды (светодиоды), разрядные источники, черенковские источники и т.д.) и фотонные среды (световоды, оптоволоконные кабели, сцинтилляторы, радиаторы черенковского излучение и т.п.).
Даже в экспериментах, где основными детектирующими элементами служат не детекторы фотонов, а другие типы детекторов, например, полупроводниковые детекторы, не удается полностью обойтись без детекторов фотонов, которые могут использоваться в каких-то вспомогательных системах эксперимента. Ярким примером такого использования детекторов фотонов является эксперимент GERDA [3-5] по поиску двойного безнейтринного бета-распада ядер 76Ge, который проводится в подземной лаборатории Gran Sasso в Италии. Одно из основных
неупругим обратным отражением фотоэлектронов от материала первого динода, фокусирующих электродов или элементов конструкции фотоумножителей. Подробнее об этих явлениях можно найти в работах [39-41].
Основной причиной появления послеимпульсов является объемная ионизация атомов остаточного газа в ФЭУ или поверхностная ионизация адсорбированных атомов газа на поверхности эмиттеров (динодов) [42-44]. Наиболее распространенные атомы остаточного газа это Н, Н2, Не, Н20 и Сэ. Различие в массах образующихся ионов приводит к различным временам пролета ионов. На рис. 23 приведен характерный временной спектр послеимпульсов ФЭУ ЕТ9350КВ. Времена задержки таких послеимпульсов от основного импульса лежат в диапазоне от 300 не до 15 мкс. Некоторые авторы объясняют послеимпульсы с временами задержки 10-15 мкс и более экзоэлектронной эмиссией динодов [45]. Вероятность появления послеимпульсов на один фотоэлектрон для исследованных ФЭУ составляет 5-8%. Следует отметить, что наблюдается определенная корреляция между вероятностью появления послеимпульсов и чувствительностью ФЭУ, рис. 24. Этот факт может объясняться тем, что в более чувствительных ФЭУ распыляется, как правило, большее количество щелочных металлов калия и цезия. Следовательно, и большее количество атомов этих веществ присутствует среди атомов остаточного газа в ФЭУ. Другой вид послеимпульсов, обусловленный обратной оптической связью, для данных типов ФЭУ, как было показано в работе [41] несущественен. На рис. 25а, б, в и г показаны диаграммы распределений измеренных ФЭУ по отношению пик/долина, разбросу времен пролета фотоэлектронов, скорости счета импульсов темнового тока при уровне дискриминации сигналов 0,25 (ДфЭ и вероятности появления послеимпульсов на один фотоэлектрон соответственно.