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.

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)