- •Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
- •История прогресса ядерной физики и физики элементарных частиц - это в значительной мере
- •Параметры счетчиков
- •Вследовых регистраторах частица оставляет след (трек), который можно сфотографировать, поэто-
- •Важнейшие характеристики трековых регистраторов
- •Схема газонаполненного детектора
- •Зависимость величины импульса тока от напряжения в газонаполненном детекторе
- •Ионизационная камера - старейший прибор для ре- гистрации заряженных частиц. Ионизационные ка- меры
- •Импульсная ионизационная камера может различать частицы по энергиям, т.к. вели- чина импульса зависит
- •Схема счетчика Гейгера-Мюллера
- •Рабочая область счетчика Гейгера-Мюллера
- •Сцинтилляционные (люминесцентные) счетчики
- •Вид установки Резерфорда
- •Сцинтилляционные (люминесцентные) счетчики
- •Схема сцинтилляционного счетчика
- •Полупроводниковые счетчики
- •Излучение Вавилова-Черенкова
- •Теория излучения Вавилова-Черенкова
- •Черенковские счетчики
- •Камера Вильсона
- •Пузырьковая камера
- •Искровая камера.
- •Искровая камера
- •Ускорители заряженных частиц
- •Принцип действия циклотрона
- •Схема циклотрона
- •Траектория иона в циклотроне
- •Схема циклотрона
- •Электромагнит циклотрона (схематически)
- •Ускоритель тяжелых ионов У-400 (Дубна)
- •Ускорение частиц до больших энергий
- •Фазотрон
- •Фазотрон на 680 Мэв (Дубна)
- •Синхротрон
- •Линейный ускоритель
- •Схема линейного ускорителя
- •Т.к. в линейном ускорителе частицы двигаются по прямой линии, потери на излучение почти
- •Линейный ускоритель протонов ИЯИ РАН.
- •Линейный ускоритель протонов ИЯИ РАН. Основная (100-600 Мэв) часть ускорителя.
- •Синхрофазотрон
- •Синхрофазотрон на 76 Гэв (под Серпуховым)
- •Блоки электромагнита серпуховского синхрофазотрона
- •Общий вид Серпуховского ускорителя
- •План расположения национальной ускорительной лаборатории в Батавии (штат Иллинойс)
- •Ускорители на встречных пучках
- •Долю "полезной" энергии в нерелятивистском при- ближении мы вычисляли в разделе "ядерные реак-
- •Энергии частиц, получаемые в современных ускори- телях, во много раз больше масс покоя
- •Например, для Серпуховского ускорителя:
- •Современные ускорители - коллайдеры
- •Большой адронный коллайдер LHC
- •Большой адронный коллайдер LHC
- •Большой адронный коллайдер LHC
- •Электрон-позитронные коллайдеры
- •Электрон-позитронный коллайдер KEK (Япония)
Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
53.(1). Приборы физики элементарных частиц. Детекторы частиц (счетчики и трековые регистраторы). Ускорители.
История прогресса ядерной физики и физики элементарных частиц - это в значительной мере история создания все более совершенных детекторов и ускорителей.
Существующие детекторы можно подразделить на счетчики и следовые (трековые) регистраторы.
Счетчик регистрирует факт прохождения частицы через определенный участок пространства (с макроскопической точностью) в определенный момент времени. Кроме этого, некоторые виды счетчиков могут определять энергию частицы.
Примеры счетчиков: газонаполненные детекторы (ионизационная камера, пропорциональный счетчик, счетчик Гейгера-Мюллера), черенковский счетчик, сцинтилляционный, полупроводниковый.
Параметры счетчиков
Эффективность - это отношение числа зарегистри- рованных частиц к полному числу частиц, проле- тевших через счетчик).
Разрешаемое время (или "мертвое время") - мини- мальный промежуток времени, который должен разделять две следующие друг за другом части- цы, чтобы счетчик не зарегистрировал их как од- ну частицу.
Разрешающая способность по энергиям: минималь- ный интервал Е между энергиями двух частиц, который счетчик способен различить.
Вследовых регистраторах частица оставляет след (трек), который можно сфотографировать, поэто-
му такой регистратор дает гораздо большую ин- формацию по сравнению со счетчиком (энергию, импульс, заряд, массу, направление движения, столкновения с другими частицами, распад и др.), но требует трудоемкую обработку результатов.
Примеры трековых регистраторов: ядерные фото- эмульсии, камера Вильсона, диффузионная ка- мера, пузырьковая камера.
Наиболее совершенный в настоящее время детек- тор - искровая камера - в некотором смысле объ- единяет достоинства трековых регистраторов и счетчиков.
Важнейшие характеристики трековых регистраторов
Эффективный объем: определяет максимальную энергию частицы, трек которой может уместить- ся в данном регистраторе (чем больше, тем лучше).
Число рабочих циклов в единицу времени.
Чувствительность (минимальная ионизирующая способность частицы, при которой ее трек стано- вится заметным).
Управляемость: возможность быстрого включения в тот момент времени, когда это необходимо.
Схема газонаполненного детектора
1 - траектория заряженной частицы, 2 - создаваемые этой частицей ионы, 3 - электроды, 4 - регистратор тока.
Зависимость величины импульса тока от напряжения в газонаполненном детекторе
Кривая 1 соответствует частицам с большей энергией, чем кривая 2
Ионизационная камера - старейший прибор для ре- гистрации заряженных частиц. Ионизационные ка- меры бывают двух типов: импульсные и непре- рывного действия (интегрирующие).
Вимпульсной камере измеряется импульс тока, соз- даваемый одиночной частицей, а в интегрирую- щей - суммарный ионизационный ток, создавае-
мый потоком частиц. Интегрирующие камеры наи- более просты, т.к. измеряемый ими ток является макроскопической величиной. Импульсные каме- ры сложнее, т.к. величина импульса тока, созда- ваемого одиночной частицей, имеет порядок мил- ливольт, и для его измерения требуется специ- альный малошумящий усилитель.
Эффективность обоих типов ионизационной камеры (как и у других газонаполненных детекторов) бли- зка к 100%.
Импульсная ионизационная камера может различать частицы по энергиям, т.к. вели- чина импульса зависит от энергии влетев- шей в камеру частицы; точность составля- ет примерно 2-3%. С помощью такой каме- ры в 1940 году Г.Н.Флеров и К.А.Петржак открыли спонтанное деление ядер урана.
Недостаток ионизационной камеры -большой промежуток времени, который должен раз- делять две следующие друг за другом час- тицы ("мертвое время"): примерно 10-3 се- кунды.
Схема счетчика Гейгера-Мюллера
1 - анод (нить), 2 - катод (стенки счетчика)