33. Что представляют собой жидкие сцинтилляторы?

Жидкие сцинтилляторы представляют собой растворы сцинтиллирующих веществ, например p-терфинила, в органических растворителях, например, фенилциклогексане, толуоле, уайтспирите и др., с небольшой добавкой спектросмещающих веществ. Их физические характеристики близки к характеристикам пластических сцинтилляторов, а прозрачность может достигать десятка метров. Они очень дёшевы и поэтому нашли применение в детекторах для регистрации космических лучей и нейтрино, когда масса детектора имеет первостепенное значение. Но надо иметь ввиду, что многие жидкие сцинтилляторы ядовиты и пожароопасны, что, конечно, затрудняет работу с ними.

34. Как работают световоды со сместителями спектра?

Если надо собрать свет с нескольких сцинтилляторов или одного большого на один ФЭУ, то часто применяются световоды-сместители спектра. Принцип их действия состоит в том, что попавший в них сцинтилляционный свет с заметной вероятностью переизлучается, а часть переизлучённого света захватывается в режим полного внутреннего отражения и с малыми потерями доводится до фотокатода ФЭУ.

35. В чем состоит эффект Черенкова и чему равен угол черенковского излучения?

Частица, двигающаяся в среде с показателем преломления n со скоростью больше фазовой скорости с/n распространения света в этой среде, излучает электромагнитные волны под углом  таким, что cos=1/n.

36. Как зависит число фотонов черенковского излучения от угла излучения  и диапазона ₁, ₂ регистрируемых длин волн?

Это число пропорционально sin² и (1/₁ - 1/₂), ₂>₁.

37. Как фокусируется черенковский свет при помощи сферического зеркала?

Если траектория частицы параллельна оптической оси зеркала, то черенковский свет сфокусируется в фокальной плоскости зеркала в кольцо радиуса r=ftg(), где фокусное расстояние f=R/2 и R - радиус зеркала, с центром на оптической оси зеркала. Если траектория частицы имеет угловые координаты ' и ' относительно оси z, то черенковский свет сфокусируется также в фокальной плоскости в кольцо того же радиуса r, но с центром в точке с координатами r'= ftg' и '. Таким образом, если восстановить положение кольца черенковского излучения в фокальной плоскости зеркала, то по радиусу кольца можно определить угол  и следовательно при известном показателе преломления скорость частицы, а по координатам центра кольца найти угловые координаты ', ' траектории частицы.

38. Для чего используются детекторы черенковского излучения в экспериментах на ускорителях?

Главным образом для определения скорости частицы по углу излучения, что позволяет при известной энергии оценить ее массу, т.е. идентифицировать.

39. В чем состоит принцип работы порогового черенковского счетчика?

Пороговый счетчик регистрирует все частицы со скоростью выше пороговой величины =1/n, т.е. он используется, прежде всего, для отделения легких частиц, например, пионов, от более тяжелых, например, каонов и протонов. Для отделения каонов от пионов и протонов нужны, по крайней мере, два пороговых счетчика.

40. В чём состоит принцип работы дифференциального черенковского счётчика?

В дифференциальном счетчике в фокальной плоскости фокусирующего сферического зеркала устанавливается кольцевая диафрагма, которая пропускает черенковский свет только от частиц с определенной скоростью, траектории которых параллельны оптической оси зеркала. За диафрагмой устанавливаются фотоумножители, регистрирующие черенковский свет. Обычно в качестве радиатора в таких счётчиках используется газ. Меняя давление газа легко подобрать величину показателя преломления так, чтобы черенковский свет от нужных частиц проходил через диафрагму, а от прочих нет.

41. От чего зависит разрешение дифференциального счетчика по скорости?

Используя выражение для угла черенковского излучения, можно получить: /=tg+n/n. Дисперсия n, т.е. зависимость n от  обычно является основным фактором, ограничивающим разрешение по скорости. Компенсировать дисперсию можно при помощи специальной оптики. Современные черенковские счётчики обладают разрешением по скорости до 10^-6, что позволяет идентифицировать пионы, каоны и протоны в пучках с энергией в сотни ГэВ.

42. Как устроены и работают черенковские счётчики с регистрацией кольца черенковского излучения типа RICH?

В фокальной плоскости сферического зеркала таких счётчиков устанавливаются фотодетекторы, которые позволяют определить координаты регистрируемых черенковских фотонов, и, следовательно, восстановить положение кольца черенковского излучения. В качестве таких детекторов могут использоваться, например, ФЭУ с фотокатодом малого размера или специальные дрейфовые камеры, заполненные газом с низким порогом фотоэффекта.

Основное преимущество счётчиков RICH по сравнению с дифференциальными состоит в том, что они могут идентифицировать частицы в широком угловом интервале относительно оптической оси сферического зеркала и одновременно измерять их угловые координаты.

43. Для чего используются черенковские детекторы в экспериментах с космическими лучами?

В основном для регистрации редких процессов, когда нужно иметь детектор с очень большой массой. Обычно в таких экспериментах используются естественные или искусственные водоемы, и излучаемый в них заряженными частицами свет регистрируется тысячами ФЭУ. В одном из экспериментов в качестве черенковского радиатора используется очень прозрачный лёд Антарктиды.

44. Как возникает переходное излучение?

Переходное излучение возникает, когда заряженная частица пересекает границу двух сред с разными показателями преломления.

45. Для чего используются детекторы переходного излучения в экспериментах на ускорителях?

Главным образом для идентификации электронов. При этом используется в основном рентгеновское переходное излучение, энергия которого пропорциональна лоренц-фактору частицы :

где =1/137 - постоянная тонкой структуры и _р – плазменная частота вещества.

46. Сколько рентгеновских фотонов излучается при пересечении частицей одной границы вакуум-среда?

Вероятность излучения одного фотона менее 1%. Поэтому для регистрации переходного излучения с заметной эффективностью необходимо использовать много границ, или много слоёв вещества, разделённых воздушными промежутками.

47. Каковы особенности переходного излучения в стопке пластин?

Электромагнитные волны, излученные с границ ваккум-среда и среда-вакуум имеют одинаковую амплитуду, но противоположные фазы. Поэтому, если толщина пластин или расстояние между ними много меньше длины формирования излучения, то волны от соседних границ погасят друг-друга. Длина L формирования электромагнитной волны представляет собой отрезок пути частицы, на котором разность фаз излученных в данном направлении  волн не превышает , или оптическая разность хода волн, испущенных из концов отрезка, равна /2. Таким образом, все волны, излученные на длине формирования, будут усиливать друг друга. Для ультрарелятивистских частиц и рентгеновского переходного излучения длины формирования в вакууме L_v и веществе L_m приближённо равны:

В противоположном случае, когда толщины пластинок и расстояния между ними значительно больше соответствующих длин формирования излучения, число фотонов излученных в стопке из N границ в N раз больше, чем от одной границы. При очень больших значения  длина формирования может составлять миллиметры и даже сантиметры.