Методы и аппаратура для автоматизации получения данных с ионизационных калориметров большой площади

• Автор: Мартьянов, Игорь Серафимович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Алма-Ата
• Количество страниц: 177 c. : ил

Исследование неупругих взаимодействий адронов с веществом продолжает оставаться одной из актуальных проблем для физики космических лучей. Необходимо отметить, что в экспериментах на встречных пучках трудно получить информацию о вторичных частицах, летящих под малым углом к направлению сближения взаимодействующих адронов. Особую ценность приобретают исследования косто Т5

мических лучей в области энергий 10 -10х эВ в связи с тем, что

в потоке ядерно -активной компоненты на уровне гор в большом количестве (до 40%) присутствуют пионы, эксперименты с которыми на встречных пучках невозможны по принципиальным причинам. Поэтому эксперименты в космических лучах на высотах гор позволяют изучать взаимодействие пионов с энергиями, недоступными современным ускорителям.
Большую актуальность имеют задачи, связанные с изучением ряда аномалий, таких как Тянь-Шанский эффект, "кентавры”, "миникентавры" и др., которые наблюдаются в космических лучах при энергиях выше десятков ТэВ. Изучение этих явлений необходимо продолжить при больших энергиях /37/. Следует учитывать также, что, как это случалось ранее, эксперименты в космических лучах могут играть и рекогносцировочную роль при развитии ускорительной тематики /37/.
Таким образом, несмотря на ввод в строй нового поколения ускорителей типа "коллайдер", не потеряли своего значения эксперименты в космических лучах, с помощью которых можно изучать как нуклон-нуклонные взаимодействия, так и взаимодействия нуклон-ядро, ядро-ядро, взаимодействия, вызванные пионами высоких энергий, и взаимодействия при более высоких энергиях, чем достиг-

нутые на встречных пучках /97/. При этом исследования на ускорителях и в космических лучах взаимно дополняют друг друга /97/.

Особенностью экспериментов в космических лучах является

малая статистика событий, поскольку с ростом энергий первичных

частиц их интенсивность из-за падающего характера энергетического

спектра космических лучей резко уменьшается. Стремление увеличить

статистику приводит к необходимости значительного расширения

площадей детекторов. При энергиях частиц больше 10 эВ площадь детекторов и, в частности, ионизационных калориметров, должна составлять поэтому десятки и сотни кв.метров. Большая площадь увеличивает вероятность группового падения адронов, что предъявляет более жесткие требования к системе отбора событий. Для надежного сопоставления данных в калориметре и в рентгено-эмуль-сионной камере (ЕЭК) данные по целеуказанию в РЗК должны выдаваться одновременно с регистрацией события в калориметре, т.е. требуется решение задачи временной селекции.
С переходом исследований в новую область энергий возрастает роль комплексных экспериментов в космических лучах, поэтому необходимо обеспечить возможность объединения калориметра с другими установками, а также подключения дополнительных датчиков и детекторов. В течение ряда лет (1970-1975) на Высокогорной станции космических лучей (ВСЮ!) ИФВЗ АН КазССР, расположенной на высоте
3340 м над уровнем моря, эксперименты проводились на установке,

состоящей из ионизационного калориметра площадью 9 м , двух камер Вильсона, мишени и РЭК /31, 32/. Калориметр был оборудован фильмовой системой регистрации и позволял отбирать полезные события по простейшим критериям - по суммарной ионизации в поглотителе и распределению ее по рядам ионизационных камер. Это приводило к большим затратам ручного труда еще на начальной стадии
обработки экспериментальных материалов - при проявлении фотопленки, просмотре её на просмотровых устройствах и т.д.. В результате накапливался большой объем избыточной информации, которую необходимо было отфильтровывать вручную. Ввиду этого обработка данных калориметра затягивалась на многие месяцы. Отсутствие оперативности в определении энергии первичной частицы и координат её прохождения через калориметр создавало трудности сопоставления событий в РЭК и в калориметре.
Таким образом, актуальной задачей при создании нового калориметра площадью 44 м^ на ВСКЛ была автоматизация получения и обработки данных калориметра.
Актуальность работы. Эксперименты в области сверхвысоких энер?
гий требуют использования ионизационных калориметров с площадями в десятки и сотни квадратных метров, что сдерживается по следующим причинам:
I. В настоящее время отсутствуют разработки электронной аппаратуры на базе средств жикроэлектроники, которые могут быть использованы для больших калориметров с учетом специфики экспериментов, проводимых в области космических лучей. В тоже время, использование принципов построения регистрирующих систем старого поколения в современных системах с применением интегральной технологии не всегда возможно ввиду сильного различия величин уровней сигналов в этих системах, Так, например, если ламповые схемы позволяли работать с уровнями порядка единиц и десятков вольт, то при использовании типовых аналоговых интегральных схем максимальный уровень сигналов не будет превышать величину 5-10 вольт. С учетом динамического диапазона сигналов в 60 - 80 дб, который характерен для электроники калориметра, работающего в космических лучах, минимальный уровень сигналов составит порядок единиц и десятков милливольт. Обработка малых сигналов в большом числе ка-

что позволяет при необходимости осуществлять замену камер без разборки калориметра.
Были использованы ионизационные камеры ИК-6, имеющие внешние размеры 6x12 см'. В четной проекции калориметра (второй, четвертый, шестой ряды) укладывались в торец друг к другу по две камеры длиной 4 м, в нечетной проекции (первый, третий, пятый ряды) -по две камеры длиной 2,75 м. Толщина стенок ионизационной камеры - 3 мм, наполнение - аргон при давлении 4 атм, напряжение на нити камеры +600 В. Общее число камер составляет 672.
В табл.2 приведены толщины поглотителей над рядами камер в сантиметрах, в табл.З в г/см^ (в обоих случаях учтен свинец рент-гено-эмульсионных камер).
Таблица
поглот. № ряда : | : 2 : 3 • • : 4 : 5 : • •
свинец 4,0 1,5 0,5 - - -
железо - - 24 32 32
латунь 0,3 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Таблица 3
поглот. № ряда : £ • : 2 : 3 • • : 4 • • • • * 5 * • • •
свинец 45,2 16,95 5,65 - - -
железо - - 187,2 243,6 249,6 249,6
латунь 2,67 5,34 5,34 5,34 5,34 5,34