Разработка и исследование сцинтилляционных детекторов в экспериментах на ускорителях и коллайдерах

• Автор: Карюхин, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 64 с. : ил.

Содержание.
Введение
1 Сцинтилляционные детекторы установки ВЕС
1.1 Пучковый годоскоп
1. 2 Активная: мишень
1.3 Охранная система вокруг мишени. Счетчик на
взаимодействие в мишени.
1.4 Широкоапертурный годоскоп
1.5 Охранная система вокруг электромагнитного
калориметра.
1.6 Краткое описание возможностей системы
сцинтилляционных детекторов установки.
2 Новый электромагнитный калориметр в области
малых углов установки DELPHI.
2.1 Изготовление прототипа и исследование его 20 характеристик.
2.1.1 Конструктивные особенности
прототипа.
2.1.2 Экспозиция прототипа на пучке
Измеренные характеристики.
2.2 Калориметр STIC
2.2.1 Структура калориметра
2.2.2 Поглотитель
2.2.3 Сцинтиллятор
2.2.4 Сборка калориметра
2.2.5 Кремниевый детектор максимума
ливня.
2.2.6 Сцинтилляционный годоскоп
2.2.7 Краткие характеристики детектора
3 Изготовление сцинтиллятора для
пластинчатого адронного калориметра
установки ATLAS и исследование его характеристик.
3.1 Требования к качеству сцинтилляционных
пластин.
3.2 Производство сцинтилляционных пластин

3.2.1 Литье сцинтиллятора под давлением
3.2.2 Исследование исходных материалов
Оптимизация спектросмещающих
добавок.
3.2.3 Однородность световыхода. Длина 50 затухания.
3 .3 Долговременная стабильность сцинтиллятора
3.4 Радиационная стойкость литьевого
сцинтиллятора.
3 .5 Измерения на тестовых пучках
Заключение
Библиография

Введение.
Сцинтилляционный метод детектирования ионизирующих излучений в течение последних десятилетий является одним из основных способов регистрации и спектрометрии. Он позволяет непосредственно или по вторичным процессам детектировать все виды излучений. Его преимущества — малое разрешающее время, высокая эффективность регистрации косвенно ионизирующего излучения, возможность раздельной регистрации излучений различных видов и др. — могут быть реализованы в различной
сцинтилляционной ядерно-физической аппаратуре.
В диссертации описываются детекторы, изготовленные на базе органических пластмассовых сцинтилляторов. Последние
представляют собой раствор одной или двух спектросмещающих добавок в определенной пластмассовой основе. Заряженная частица, проходя сквозь вещество сцинтиллятора, оставляет за собой возбужденные молекулы, которые высвобождают небольшую
часть полученной энергии в оптическом диапазоне. Процесс образования сцинтилляций особенно значителен в пластмассах, содержащих ароматические кольца (полистирол, поливинилтолуол и другие). Указанные пластмассы обычно составляют основу сцинтиллятора. В чистом виде основа также способна испускать фотоны, но в ультрафиолетовом диапазоне и с малой длиной затухания. Для увеличения длины затухания применяются
различные первичные спектросмещающие добавки. Типичная концентрация первичной добавки лежит в пределах 1-2% по весу. За счет эффекта флюоресценции происходит переизлучение фотонов в более длинную область волн, поэтому одним из основных требований к первичной добавке является большое стоксово смещение - разница между максимумами спектров испускания и поглощения. Использование вторичных добавок существенно для более точного соответствия спектра испускания сцинтиллятора с областью максимальной чувствительности фотоприемника.
Пластмассовые сцинтилляторы являются надежными и удобными в использовании. Однако они обладают специфичными
особенностями, которые следует учитывать при проектировании и
последующей работе. Сцинтилляторы со временем теряют свои свойства (стареют). Воздействие повышенной температуры, паров растворителей, радиации, механические прогибы, неосторожное обращение усугубляют ситуацию. На самой уязвимой области пластмассовых сцинтилляторов - поверхности - образуются
микротрещины, ведущие к быстрому ухудшению в передаче света за счет полного внутреннего отражения. К такому же эффекту приводит загрязнение масляной пленкой или отпечатками пальцев. Воздействие радиации на сцинтилляторы выше некоторых пределов может привести к необратимому снижению световыхода и уменьшению прозрачности. Световыход в сцинтилляторах может меняться от воздействия магнитного поля.
Несмотря на указанные недостатки применение сцинтилляторов в физике высоких энергий очень разнообразно. В диссертации описано их использование в эксперименте на фиксированной мишени в качестве разнообразных счетчиков, в эксперименте на

сегментов была полностью отработана при изготовлении прототипа.
На рисунке 2-21 крупным планом изображены сегмент из третьего кольца первой плоскости и способ задания его геометрии. Сегмент асимметричен. Степень асимметрии
определяется упомянутой выше величиной сдвига г. Сдвиг зависит от номера слоя и меняет свой знак во второй (считая от области взаимодействия) половине калориметра. Соответственно для среднего 25-го слоя величина сдвига — нулевая, и все сегменты этого слоя симметричны относительно биссектрисы. Данный сдвиг более отчетливо виден на рисунке 2-22, где представлены сегменты 1-, 5- и 10-го колец для 1- и 49-го слоев, наложенных друг на друга. Из рисунка также видно проективное расширение сегментов с увеличением номера слоя (т.е. с удалением от области взаимодействия) кроме сегментов последнего 10-го кольца, ограниченных сверху габаритами детектора. Фрагмент одной из собранных сцинтилляционных плоскостей представлен на рисунке 2-23.
Рис. 2-21 Изображение сцинтчлляционного сегмента из 1-го слоя и 3-го кольца крупным таном.
10 кольцо
Рис. 2-22 Сцинтипляционные сегменты первого и последнего слоев, спроецированные на одну тоскостъ. Позиционг1рующие отверстия не показаны.