ПЕРЕХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЕТЕКТОР

ПЕРЕХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЕТЕКТОР

-детектор быстрых заряж. частиц, регистрирующий переходное излучение, испускаемое при пересечении частицей границы раздела сред с разл. диэлектрич. <проницаемостью. Интенсивность переходного излучения в широкой области энергийпропорц. квадрату заряда частицы (Ze² )и лоренц-факторучастицы где v - скорость частицы. Осн. часть излучения лежит в рентг. диапазонечастот и направлена вперёд в угле Эти свойства рентг. переходного излучения (РПИ) используют для идентификации(определения массы или заряда) частиц высоких энергий когда применение др. методов невозможно или затруднено (рис. 1).

Рис. 1. Области энергии, где возможно разделениеэлектронов и пионов при различных методах регистрации (длина детектора L2м).

П. и. д. состоит из радиатора и собственнодетектора (напр., дрейфовой камеры; рис. 2), регистрирующего рентг. <фотоны, испускаемые частицей в радиаторе. Радиатор должен удовлетворятьпротиворечивым требованиям: эффективно генерировать и слабо поглощать РПИ. <Поскольку интенсивность РПИ мала (в ср. 1 квант на 137 границ раздела),то применяют слоистые или пористые радиаторы с большим числом границ разделаиз материалов с низким ат. номером. Слоистый радиатор представляет собойрегулярную стопку, содержащую неск. сотен тонких (5 - 100 мкм) фольг илиплёнок из лёгкого вещества (Li, Be, полипропилен, лавсан) с зазором 0,1- 2 мм между ними. В качестве пористых радиаторов применяют гранулированныйLiH, лёгкий пенопласт, полипропиленовое или углеродное волокно. Толщинафольги (волокна) и ширина зазоров должны удовлетворять требованиям к длинеформирования РПИ. Правильно подобранный нерегулярный радиатор генерируетвсего на 10 - 15% меньше фотонов РПИ, чем регулярный слоистый из того жематериала.

Рис. 2. Секция детектора: МДК - многопроволочнаядрейфовая камера; АП - анодные проволочки; ПП - проволочки, формирующиеполе; U _др - дрейфовый потенциал;U - высокое напряжение; е - электроны ионизации вдоль трека частицы;- дельта-электроны; К - кластер, образованный в результате фотоионизациигаза фотоном рентгеновского переходного излучения.

Для уменьшения поглощения фотонов в радиатореП. и. д. секционируют; каждая из секций содержит короткий радиатор вместес устройством, регистрирующим рентг. фотоны. Материал радиатора, толщинуфольги или волокна, ширину зазоров, число слоев в стопке, состав и толщинувещества регистрирующего устройства, число секций детектора при заданнойего длине L предварительно оптимизируют на ЭВМ с целью обеспечитьмакс. число фотонов в наиб. удобном для регистрации энергетич. диапазоне(3 - 20 кэВ). Толщина радиатора в каждой секции, как правило, составляет0,1 - 0,2 г/см ², число регистрируемых фотонов 10 - 20 (т. е. <ок. 0,1 на 1 см длины радиатора), число секций ~ 10, L~ 1 - 3 м.
Для регистрации фотонов РПИ пригоден любойгазоразрядный детектор частиц с тонким входным окном, содержащийтяжёлый инертный газ (Хе, Кr, Аr), или твердотельный детектор. Чаще всегоприменяют пропорциональную камеру или дрейфовую камеру (изредка стримерную камеру), а также сцинтилляциопные детекторы и полупроводниковые детекторы. При этом возникает необходимость выделятьсигнал РПИ на фоне ионизации, производимой быстрой заряж. частицей в томже детекторе. Из-за больших флуктуации, характерных для обоих процессов, <прямое вычитание вклада ионизации из суммарного сигнала невозможно. Длярешения этой задачи пользуются неск. методами. 1) Отклонение частицы вмагн. поле позволяет пространственно разделить её трек от фотонов РПИ. <Применение метода ограничено необходимостью увеличения длины установкии снижением её светосилы. 2) Измерение энерговыделения. Используя различиев амплитудном распределении сигналов от фотоэлектронов РПИ и сигналов, <связанных с электронами ионизации, удаётся с большой достоверностью разделятьчастицы, т. е. более или менее точно оценивать их массу или заряд. 3) Счётсгустков ионизации (кластеров) с большим энерговыделением (>3 - 5 кэВ).В П. п. д. такие кластеры, как правило, образуются фотонами РПИ, значительнореже - на треке ионизирующей частицы. Для их регистрации обычно используютпроволочную дрейфовую камеру, подключённую к быстрому амплитудному дискриминатору с порогом в неск. кэВ. Фон создаётся -электронами, <к-рые благодаря большому пробегу часто удаётся отделить по сигналу на ближайшихк треку проволочках. Метод счёта кластеров обладает наиб. достоверностью(рис. 3), и его легче использовать для идентификации частиц и созданиябыстрого триггера.

Рис. 3. Эффективность регистрации пионов и электронов с энергиями 10 ГэВ и 15 ГэВ в 12-секционном детекторе длиной 66 см с радиаторами из литиевой фольгитолщиной 35 мкм: I - метод энерговыделения; II - то же с применением амплитудногоанализа сигналов с 4 участков трека в каждой дрейфовой камере при пороге4 кэВ; III - метод счёта кластеров при пороге 4 кэВ.

Осн. характеристика П. и. д. - зависимостьмежду эффективностями регистрации частиц с разными лоренц-факторами напр. пионов и электронов одинаковой энергии (рис. 3). Эта зависимостьопределяет т. н. коэф. режекции (при = 90%), к-рый характеризует относит. кол-во частиц с меньшим среди зарегистрированных. Значение R зависит от параметров П. и. <д., методов измерения и обработки данных, а также от порога электронныхустройств, с помощью к-рых измеряют энерговыделение или число кластеров. <В лучших компактных (L1м) многосекционных П. и. д. R= 10^-2 - 10^-4 при = 10³ - 10⁵.
П. и. Д. входят в состав ряда комбинированныхсистем детекторов, используемых в экспериментах на больших ускорителях. <В частности, они позволяют выделять электроны на фоне большого числа адроновв многочастичных взаимодействиях или разделять адроны с разл. массой вовнеш. пучках ускорителей, а также при исследовании космич. лучей.

Лит.: Оганесян А. Г., Рентгеновскоепереходное излучение и его применение в эксперименте, "ЭЧАЯ", 1985, т.16, с. 137; Dolgoshein В., Transition radiation detectors and particleidentification, "Nucl. Instr. and Metli. in Physics Research", 1986, v.A252, p. 137.

Г. И. Mepзoн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.