Georges charpak for his invention and development of particle detectors, in particular the multiwire proportional chamber

Счетчик Черенкова

Рис.17 Пороговый счетчик Черенкова

Рис.18 Зависимость скорости счета частиц в пучке с импульсом 35 ГэВ/с от давления аргона в пороговом черенковском счетчике. Стрелками показаны пороги.

Природа и свойства излучения Вавилова-Черенкова описаны в лекции "Взаимодействие излучений с веществом". В счетчиках используется пороговый и направленный характер этого излучения. Здесь напомним, что излучение Вавилова-Черенкова возникает при движении заряженной частицы в прозрачной среде со скоростью v большей скорости света в этой среде, т.е. при v > c/n, где с – скорость света в вакууме, а n – показатель преломления среды. Волновой фронт этого излучения представляет собой поверхность конуса, вершиной которого является частица, а осью – её траектория. Угол раствора конуса θ фиксирован и определяется скоростью частицы и свойствами среды: cos(θ)=c/(v·n).

Энергия частицы, преобразуемая в черенковское излучение, мала по сравнению с энергией, которую она тратит на ионизацию и возбуждение атомов среды. Число фотонов, излучаемых на 1 см пути, в зависимости от среды (радиатора) колеблется от нескольких единиц до нескольких сот. Черенковский счетчик состоит из прозрачного радиатора, оптической системы, обеспечивающей "сбор и доставку" черенковских фотонов к ФЭУ и самих ФЭУ. Длительность сигнала черенковского счетчика ~10^-9 сек.

В черенковских детекторах используются твердые, жидкие и газообразные радиаторы. Счетчики могут быть пороговыми и дифференциальными. В первых (см. рис.17) используется пороговый характер излучения: оно возможно только, если скорость частицы больше v > c/n (так как cos(θ) ≤ 1). Меняя давление в газовом радиаторе (а, значит, и показатель преломления) можно провести селекцию частиц по типу (см рис.18). При малом давлении порог превышен только для наиболее легких частиц - π -мезонов. С увеличением давления газа показатель преломления растет, и будут регистрироваться более тяжелые частицы (до попадания в счетчик с помощью магнитного поля отобраны частицы с определенным импульсом и, следовательно, с разными скоростями).

Дифференциальные черенковские счетчики регистрируют частицы в определенном интервале скоростей (пример на рис.19). На ФЭУ попадает только излучение, испущенное под углом θ. Таким образом удается выделить частицы в узком интервале скоростей.

Рис.19 Дифференциальный счетчик Черенкова, настроенный на регистрацию излучения, испускаемого под углом θ.

Другие детекторы

Рис.20 Ионизационный калориметр

Существуют и другие детекторы, некоторые из них представляют комбинацию перечисленных выше.

Например, ионизационный калориметр, изобретенный для регистрации космических лучей. Принцип действия прибора достаточно прост. Калориметр состоит из мишени, внутри которой не только поглощается вся энергия первичной частицы, но и все вторичные частицы (рис.20). По сути, мишень – это “мини-атмосфера” для первичной частицы, которая генерирует каскад вторичных частиц. Мишень – многослойная. В зазорах между веществом мишени устанавливаются детекторы различного типа, которые регистрируют вторичные частицы. Обрабатывая сигналы с различных слоёв установки, восстанавливается весь ливень вторичных частиц и, тем самым, параметры первичной частицы.

В дозиметрии используется свойство излучений вызывать, например, окрашивание некоторых материалов. По степени окрашивания судят о дозе излучения.

Если возникли вопросы, напишите.

Детектор гамма-излучения