8. Взаимодействие γ-квантов высоких энергий с веществом.

см №7

9. Свойства переходного излучения.

Переходное излучение испускается ими при пересечении (переходе) границы раздела сред с различными диэлектрическими проницаемостями (т. е. здесь излучает сама частица, а не среда).

Интенсивность переходного излучения пропорциональна квадрату заряда частицы и (при больших энергиях) её релятивистскому фактору γ = [1 - (v/c)²]^-1/2, т. е. интенсивность переходного излучения высокоэнергичной частицы пропорциональна её энергии Е = mc²γ. Основная часть переходного излучения расположена в рентгеновском диапазоне частот. Излучение сосредоточено внутри конуса с углом θ = 1/γ относительно направления движения частицы. Эти свойства переходного излучения позволяют использовать его для определения массы и заряда частиц при очень больших энергиях (>100 ГэВ), когда другие методы неприменимы или недостаточно эффективны. При одной и той же энергии легкие частицы, у которых релятивистский фактор велик, производят гораздо более интенсивное переходное излучение, чем тяжелые, имеющие относительно малый релятивистский фактор. Большая разница в массах позволяет, например, различать электроны от пионов в диапазоне энергий от 0.5 ГэВ до 200 ГэВ.

10. Свойства тормозного излучения.

Тормозное излучение (ТИ) возникает при взаимодействии быстрой заряженной частицы, таких как электрон, с атомными ядрами.

ТИ беспороговое; ТИ излучает любая быстрая заряженная частица, но излучение резко подавляется для массивных зарядов. ТИ наблюдается во всех направлениях, но для релятивистского электрона практически все излучение направлено вдоль его скорости и сосредоточено в конусе с полным раствором Δθ ~ 2/γ.

Спектр ТИ - непрерывный. При использовании тонких радиаторов количество N_ω фотонов ТИ монотонно спадает с частотой излучения в целом по закону 1/ω вплоть до предельного значения ω_max = E_e/ħ

+см №6

11. Электромагнитный ливень.

Электроны, позитроны и гамма-кванты в рождают в веществе калориметра электромагнитные ливни. При энергии > 1 ГэВ основной процесс для фотона –рождение электрон-позитронной пары, для электрона (позитрона) – рождение тормозного фотона. При этом оба процесса уже мало зависят от энергии частицы.

Рассмотрим формирование электромагнитного ливня на примере влетающего в калориметр фотона. Влетающий в калориметр фотон рождает электрон-позитронную пару. В свою очередь, если энергия электронов (позитронов) больше критической E_c, они производят тормозное излучение (фотоны). Количество частиц в ливне будет быстро расти, пока средняя энергия не понизится до критической и основным механизмом для заряженных частиц не станет ионизация. Удельные потери на тормозное излучение (dE/dx)_рад ≈ -E/X₀, где X₀ – радиационная длина, E₀ – энергия первичной частицы.

В калориметрах с толщиной ~25X₀ регистрируется более 99% энергии ливня вплоть до энергии первичных электронов ~300 ГэВ. Таким образом электромагнитные калориметры весьма компактны.

Поперечный размер электромагнитного ливня в основном определяется многократным рассеянием электронов и позитронов. Тормозные фотоны, испускаемые этими электронами и позитронами также вносят свой вклад. Поперечные размеры по всей глубине ливня даются радиусом Мольер. В цилиндре с радиусом 2R_M поглощается 95% энергии ливня.