Моделирование процессов распространения заряженных частиц и жесткого электромагнитного излучения с учетом сложной геометрии и гетерогенной среды

• Автор: Мерц, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Моделирование и реконструкция событий в экспериментах по физике

высоких энергий

1.1 Моделирование откликов на считывающей плоскости времяпроек-

ционной камеры

1.1.1 Постановка задачи о накоплении пространственного заряда

в ТРС

1.2 Математическая модель идентификации заряженных частиц в ТРС .

1.2.1 Ионизационные потери релятивистской заряженной частицы

1.2.2 Постановка задачи об идентификации заряженных частиц в ТРС
2 Программный комплекс MpdRoot
2.1 FairRoot
2.2 MpdRoot
2.3 Virtual Monte Carlo
3 Накопление пространственного заряда в ТРС
3.1 Пространственное распределение ионов в ТРС
3.2 Вычисление потенциала и напряженности электростатического поля в ТРС
3.3 Вычисление дисторсий электронов в ТРС

3.4 Выводы по главе
4 Идентификация заряженных частиц по потерям энергии в ТРС
4.1 Методы идентификации заряженных частиц по ионизационным потерям
4.1.1 Геометрическая вероятность
4.1.2 Аппроксимация данных формулой Бете-Блоха
4.1.3 Байесов подход и подбор оптимальных параметров
4.2 Отделение частиц
4.3 Выводы по главе
5 Решение задач адронной терапии
5.1 Моделирование фрагментации легких ядер
5.2 Метод построения модифицированной
кривой Брэгга
Заключение
Список используемых сокращений и обозначений
Список иллюстраций
Список таблиц
Список использованных источников
Приложение А. Многоцелевой детектор МРБ
Приложение Б. Время-проекционная камера

Введение
В области физики высоких энергий сложность экспериментальных установок достигает таких масштабов, что для них не существует универсальных компьютерных программ для описания геометрии детекторов, моделирования столкновения пучков частиц и откликов продуктов распада. В связи с этим, наряду с физическими группами, в больших коллаборациях существуют группы программной поддержки, в задачи которых входит создание программных комплексов, специально написанных под ту или иную экспериментальную установку. В таких комплексах должны быть реализованы эффективные алгоритмы детектирования частиц и реконструкции событий. В процессе проектирования установок и планирования научных исследований на них широко используется математическое моделирование.
Исследование ядерной материи, находящейся в экстремальных условиях, является одной из важнейших задач современной ядерной физики и физики высоких энергий. Это связано с предоставляемой уникальной возможностью изучения уравнения состояния ядерной материи и поиском фазовых переходов, приводящих к созданию нового сверхплотного ядерного вещества - кварк-глюонной плазмы [1-3]. По современным теоретическим представлениям (см. например [4]) считается, что материя может находиться в нескольких состояниях: адронное вещество, кварк-глюонная плазма и «смешанная фаза». При высокой барионной плотности (экспериментально реализуемой в столкновении тяжелых ионов высоких энергий) материя практически не исследована. Фундаментальными проблемами в этой области являются:

изменения суммарного заряда в ТРС и определяется зависимость общего заряда от времени.
В программном комплексе Мр<Жоо1 был написан модуль-задача, реализующий представленный выше алгоритм. В результате его работы были получены распределения, представленные на рисунках 3.1 и 3.2.
На рисунке 3.1 представлены графики зависимости суммарного положительного заряда в ТРС от времени для различных частот наступления событий. Характер изменения величины суммарного заряда указывает на достижение квазистаци-онарного динамического равновесия. Для рассмотренных частот время установления равновесия составляет примерно 0.26 с. На рисунке 3.2 можно видеть, что величина суммарного заряда в камере в состоянии динамического равновесия зависит от частоты линейно.
В экспериментах, для регистрации сигнала от электронов ионизации, используется лавинное усиление потока электронов (рисунок 5.21). При этом возникает обратный поток положительных ионов, возникающий в результате ионизации анодной сетки. Практика показывает, что на каждый кластер электронов будет рождаться порядка 104 ионов, которые так же будут давать вклад в пространственный положительный заряд. Вклад от этих ионов будет более существенным, чем от ионов первичной ионизации. Для устранения влияния эффекта обратного потока ионов применяется запирающая сетка. Тем не менее, она не сможет работать со стопроцентной эффективностью1.
В данной работе проведено исследование влияния эффективности запирающей сетки на суммарный положительный заряд. На рисунке 3.3 представлены зависимости суммарного пространственного заряда в ТРС от времени для различных значений эффективности запирания. Независимо от эффективности запирания, все кривые выходят на насыщение, что соответствует состоянию динамического равновесия в камере. На рисунке 3.4 показана линейная зависимость суммар-
1 Эффективность запирающей сетки - это отношение запертых ионов к общему числу ионов обратного потока