ЭМИССИОННЫЙ КАЛОРИМЕТР
EMISSION CALORIMETER

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ядерной физике и астрофизике.
Известно устройство (К. Клайнкнехт. Детекторы корпускулярных излучений. Издательство ″Мир″, 1990, с.166) для измерения энергии частиц, состоящее из слоев поглотителя и активных элементов (сандвич), установленных перпендикулярно пучку падающих частиц. В качестве активных элементов чаще всего используются сцинтилляторы, свет с которых собирается переизлучающими волокнами и регистрируется фотодетекторами (фотоумножителями). Радиационная стойкость (уменьшение световыхода в е раз) лучших сцинтилляторов не превышает 5 Мрад. Кроме того, длительность импульса с таких детекторов около 70 нс (по основанию), что при больших потоках частиц (как, например, на современных коллайдерах) приводит к недопустимым просчетам. Дополнительная трудность в использовании таких детекторов связана с фотодетекторами. Наиболее распространенными фотодетекторами являются фотоумножители, которые чувствительны к магнитным полям и требуют магнитной экранировки, что очень трудно реализовать при магнитных полях сверхпроводящих магнитов.
С другой стороны, предложено устройство (С. Adloff, D. Attle, J. Blaha et al. arXiv: 3197v2) для измерения энергии частиц, состоящее из микрозазорных газовых камер.
У такого устройства имеются следующие недостатки:
1) сложная конструкция детектора, содержащего много элементов;
2) длительность сигнала определяется дрейфовым зазором и при минимальном зазоре 3 мм будет равняться около 60 нс (скорость дрейфа в газе около 20 нс/мм);
3) в газовом зазоре реализуются случаи рассеяния электрона газа под большим углом относительно частицы ливня, у такой частицы большой пробег в газе соответствует аномально большому эффективному энерговыделению (″Техасские башни″), что резко ухудшает энергетическое разрешение калориметра.
Задача, решаемая изобретением - резкое упрощение конструкции активного элемента, уменьшение разрешающего времени (длительности импульса) и подавление ″Техасских башен″.
На чертеже изображено заявляемое устройство. Оно включает поглотитель 1 и активный элемент 2, который состоит из двух электродов, наполненных газом (неон, аргон, гелий и т.д.) при атмосферном давлении и разделенных зазором около 100 мкм, на один из них подается напряжение порядка 50 кВ/см, а с другого электрода снимается сигнал для амплитудного анализа.
4
5
Калориметр работает следующим образом. Частицы ливня, образуемого электронами или адронами, выбивают из материала поглотителя на границе с активным элементом электроны вторичной эмиссии малой энергии (~эВ). Они попадают в газовый объем активного элемента, где в сильном электрическом поле усиливаются в 10-10. Вероятность высокоэнергетичной частицы произвести в этом зазоре ионизацию мала и, кроме того, равномерно распределена по длине зазора, что делает сигнал от этой частицы пренебрежимо малым по сравнению с электроном вторичной эмиссии. Поскольку число электронов вторичной эмиссии пропорционально числу ливневых частиц, то измеряемая амплитуда электронов вторичной ионизации будет пропорциональна энергии налетающей частицы.
Преимущества этого метода:
- очень простая конструкция активного элемента по сравнению со всеми существующими элементами;
- радиационная стойкость превышает практические требования;
- длительность сигнала на уровне наносекунд, а временное разрешение около 100 пс;
- сильно подавлен эффект образования ″Техасских башен″;
- амплитудный спектр ионизационных потерь от электрона вторичной эмиссии не будет иметь распределения Ландау, поскольку в данном случае в газовом зазоре не будет происходить больших передач электронам газовых молекул. Таким образом, амплитуда сигнала с такого калориметра пропорциональна числу электронов вторичной ионизации (а не ионизационным потерям ливневых частиц, как в аналоговых калориметрах). И можно ожидать улучшения энергетического разрешения.