книги из ГПНТБ / Григоров, Н. Л

венно повысило надежность сопоставления ливней. Поэтому эмуль­ сии в этих установках закладывались на все время экспозиции и затем, спустя 1,5—2,5 месяца, вынимались из установки и про­ являлись в лабораторных условиях.

После того как ливень отобран по показаниям ионизацион­ ных камер, его нужно найти в ядерных фотоэмульсиях. Для прак­ тического применения метода контролируемых эмульсий необ­ ходимо, чтобы эта процедура была достаточно простой, а вероят­ ность нахождения ливня была близка к единице.

ного калориметра можно достаточно точно определять пространст­ венную ориентацию ливня и более точно указывать его координа­ ты в эмульсии. Применение на практике этого метода подробно изложено в [32].

В связи с этим операция поиска ливней в установке «20 + К» выглядела следующим образом. Для каждого отобранного собы­ тия на пластинках определялась область площадью ^ 25 см2, на которой нужно искать ливень. Эта площадь просматривалась невооруженным глазом на рентгеновских пленках. Если ливень был обнаружен в двух слоях рентгеновской пленки, дальнейшая

в НИИЯФ МГУ, другая — в Ереванском физическом институте

всей площади установки, это означает, что в установке находятся практически все ливни, проходящие через эмульсии.

Решающим для применения метода контролируемых фото­ эмульсий является вопрос об однозначности сопоставления лив­ ней, зарегистрированных ионизационными камерами, и ливней, найденных в эмульсиях. Дело в том, что фотоэмульсии регистри­ руют все ливни, проходящие через них за время экспозиции. При этом из-за большого значения Ть над местом пересечения срабо­ тавших камер при просмотре эмульсий находят, как правило, не один, а несколько ливней разной плотности (с разным числом частиц). Большой фон щ требует применения дополнительных критериев отбора ливней. Как показала практика, уже в процессе просмотра фотоэмульсий значительную часть ливней можно исклю­ чить из рассмотрения, так как их энергия слишком мала. Для оставшихся мы проводили более точное сопоставление энергии

а

ливня, определенной по ионизационным камерам (£ЕЧ), и энер­ гии, определенной по фотоэмульсиям. Как было выяснено [34], результаты измерения энергии ливня этими двумя способами отличаются не более чем в два раза. Поэтому для дальнейшего ана­

ливня будет обнаружено в среднем 0,2 «случайных» ливня срав­

После сравнения ливней по энергии проводится сравнение ливней по их направлениям (па практике эти две операции ведутся параллельно). По распределению ионизации в ионизационных ка­ мерах ионизациопного калориметра можно определить направле­ ние, в котором развивается ливень,— угол с вертикалью и ази­ мутальный угол, отсчитываемый от некоторого направления. Эти же углы измеряются для ливней, зарегистрированных в фотоэмуль­

направление «случайного» ливня совпадает с показаниями иони­ зационных камер, составляет zzz 10~2 . Поэтому среднее число «слу­ чайных» ливней, приходящихся на просматриваемую площадь и совпадающих с искомым по энергии и по направлению, в уста­ новке «20 + К» составит ~ 2 - Ю - 3 . Отсюда следует возможность практически однозначного сопоставления ливней, найденных в

Рассмотренный выше вариант метода контролируемых ядерных фотоэмульсий был предназначен для изучения тех сторон элемен­ тарного акта взаимодействия частиц высокой энергии, которые связаны с генерацией фотонов высокой энергии (с рождением л°-мезонов и других более тяжелых частиц, распад которых по­ рождает у-кванты высокой энергии). Очевидно, что эта часть ин­ формации, несмотря на всю ее значимость, не дает достаточно пол­ ной картины наблюдаемого взаимодействия. Для более полной информации о характеристиках взаимодействия необходимо уметь регистрировать также все заряженные частицы (углы их вылета, их число, природу частиц, их энергии), рождаемые при столкно­ вении первичной частицы с атомным ядром. При высоких энергиях частиц космических лучей (Е0 ^ 101 2 —101 3 эв) для указанных целей должны быть использованы стопки ядерных фотоэмульсий.

Идея объединения фотоэмульсионных стопок и ионизацион­ ного калориметра не отличается от идеи применения контроли­ руемых фотоэмульсий для регистрации электронно-фотонных лив­ ней. Она состоит в том, что управляемый детектор визуального наблюдения, регистрирующий частицу высокой энергии, должен давать достаточно точное целеуказание, в каком месте большой эмульсионной стопки провзаимодействовала эта частица. Точность целеуказаний должна обеспечить большую вероятность нахожде­ ния искомого взаимодействия в эмульсионной стопке и большую вероятность однозначного отождествления найденного взаимо­ действия с искомым.

Для этого должно удовлетворяться условие, аналогичное ра­ венству (3.1), с тем только различием, что эмульсионная стоп­ ка — объемный объект и поиск искомого события будет осуществ­ ляться в некотором объеме v, размер которого определяется точ­

лежит искомое событие, а Тэ — полное время экспозиции эмуль­ сионной стопки, то для реализуемости метода должно выполняться условие:

В нашей лаборатории эта методика разрабатывалась в двух направлениях: на начальном этапе (до 1961 г.) — с применением электронно-оптических преобразователей (ЭОПов) [36], на более позднем этапе — с использованием трековых искровых камер. Несмотря на то, что работа с ЭОПом в лаборатории закончилась на стадии проведения методических экспериментов, позволивших выяснить принципиальную реализуемость проекта, мы считаем

целесообразным рассмотреть этот вариант метода, прежде всего потому, что убеждены в развитии этой методики в ближайшие годы, когда физика космических лучей поставит перед эксперимен­ таторами задачу изучения характеристик взаимодействия с ве­ ществом первичных частиц космических лучей разной природы (протонов, сложных ядер) в области энергий 101 4 —101 5 эв.

сциитиллятора может быть сфотографирована. При фотографи­ ровании с двух сторон можно определить координаты светя­ щегося объема в сцинтилляторе, т. е. координаты ливня.

При поперечном размере ливня ^ 2 см положение центра лив­ ня можно определить с точностью 1—2 мм. Если над сцинтилляторами расположить слой ядерных эмульсий типа «БР», то по координатам сцинтилляционной вспышки, даваемым даже с точ­ ностью 2 мм, в эмульсиях будет с 100%-ной вероятностью найден ливень, вызвавший зарегистрированную сцинтилляцию. (Как мы

сопоставления с данными ионизационного калориметра практи­ чески приближается к 100%.) По ядерным эмульсиям положение центра ливня может быть определено с точностью «привязки» по­ ложения ядерной эмульсии к ионизационному калориметру, т. е. с точностью ^ 0,1 мм (с такой точностью могут быть нанесены рентгеновским пучком маркировочные линии на ядерную эмуль­ сию, находящуюся в ионизационном калориметре).

Если регистрируемый каскад был создан частицей достаточно большой энергии, такой, что сциитилляциопные вспышки удалось сфотографировать в нескольких рядах сциптилляторов, то, следо­ вательно, в этих нескольких рядах по фотографиям будут най­ дены соответствующие ливни в ядерных эмульсиях. Однако даже в худшем случае, когда имеется фотография сцинтилляции только в одном ряду ионизационного калориметра и по ней найден ли­ вень в слое ядерной эмульсии, то, как показал опыт, по ливню в одном слое ядерной эмульсии нетрудно перейти в соседние слои эмульсии, находящиеся в ионизационном калориметре под сосед­ ними слоями свинца и отстоящие на 2—3 см от данпого слоя, и в них найти продолжение обнаруженного ливня.

При точности определения координат центра ливня в данном слое ± 0,1 мм (относительно ионизационного калориметра) и при расстоянии между соседними (вдоль оси ионизационного кало­ риметра) слоями ядерной эмульсии в 2 см точность определения

то можно допустить, что по внешнему виду можно искомое вза­ имодействие в эмульсионной стопке, вызванное частицей с энер­

При Д0 = 1/200 телесный угол AQ = п (Д6)2 ^ -| • 1(Г*ж Ю - 4 стер.

Допустим, что время экспозиции эмульсионной стопки Тд состав­ ляет 10 суток ^ 10е сек. При подстановке этих значений в усло­ вие (3.2) получим:

гМ,7-10-<М0-4 -10в = г » 1 , 7 . 1 0 - 3 < 1, или v < 500 см3.

Легко показать, что при принятых выше точностях это усло­ вие легко выполнимо.

В самом деле, допустим, что большая эмульсионная стопка паходится над ионизационным калориметром, как это изображено на рис. 3.4. Так как нас интересуют взаимодействия, возникшие в эмульсионной стопке, то можно ожидать, что лавины будут об­ наружены в ядерных эмульсиях, находящихся в верхнем участке ионизационного калориметра. Следовательно, из верхних слоев должно быть проведено продолжение лавины вверх в эмульсион­ ную стопку и вдоль этого продолжения в стопке необходимо искать взаимодействие первичной частицы. При таком продолжении направления вверх в эмульсионной стопке будет очерчен объем в виде пирамиды, вершина которой лежит в центре ливня, види­ мого в том слое ядерной эмульсин, находящейся в ионизационном калориметре, выше которого лавина не прослеживается, а осно­ вание пирамиды — на верхней поверхности эмульсионной стопки. Если от первого (считая сверху вниз) слоя ядерной эмульсии, в котором виден ливень, до верхней поверхности эмульсионной стопки расстояние I см, то основание пирамиды будет иметь раз­

Иными словами, при точности определения направления лавины в ионизационном калориметре с помощью ядерных эмульсий не хуже 0,3° условие (3.2) выполняется с большим запасом. Это га­ рантирует однозначность сопоставления взаимодействия, найден­ ного в эмульсионной стопке, и лавины, наблюдаемой в иониза­ ционном калориметре.

Остается выяснить один вопрос: для каких минимальных энергий первичных частиц пригоден рассмотренный принцип фо­ тографической регистрации сцинтилляций в ионизационном ка­ лориметре?

Для того чтобы экспериментально подтвердить реальную воз­ можность фотографическим путем устанавливать место прохож­ дения ливня через тонкую сцинтиллирующую пластину и оценить минимальное количество частиц xV m i n в детектируемых ливнях, был поставлен следующий эксперимент. Сцинтиллирующая пла­ стина толщиной 3 мм фотографировалась с торца объективом со светосилой 2 на фотопленку РФ-3. Ливень имитировался коллимир ованным пучком 6-частиц (от препарата Р 3 2 ), падающих на сцинтиллирующую пластину на расстоянии 3 см от боковой грани, через которую велось фотографирование. В результате 6-часовой экспозиции была получена фотография свечения сцинтиллятора, вызванного электронами 6-препарата (рис. 3.5). Исходя из извест­ ного В-спектра Р 3 3 , интенсивности источника и условий экспери­ мента, можно было рассчитать, какое число релятивистских час­ тиц ответственно за наблюдаемое почернение на фотографии. Оказалось, что такое почернение дают 4 - Ю 7 частиц, равномерно

С помощью этих слоев ядерной эмульсии регистрируется цен­ тральная часть каскадного ливня, которая имеет поперечные раз­ меры (под малыми толщинами свинца) в несколько десятков мик­ рон. Таким образом, точность локализации ливня, наблюдаемого в нижней искровой камере, с помощью этих слоев ядерной эмуль­

толщиной 0,5 см. Под каждой четной свинцовой плитой размеща­ лись фотоматериалы: релятивистские ядерные эмульсии типа «БР» и рентгеновские пленки, подвижные и неподвижные (их назначе­ ние будет подробно рассмотрено в § 7).

Каждая секция ионизационного калориметра просматривает­ ся с двух противоположных сторон фотоумножителями, разме­ щенными в вершинах пирамидальных диффузоров. Внутренняя по­ верхность диффузоров выкрашена белой краской с высоким коэф­ фициентом отражения света. Амплитуды импульсов от обоих ФЭУ каждой секции складываются и измеряются амплитудным

анализатором. Кроме того, складываются импульсы от ФЭУ всех секций и тоже измеряются (этот же суммарный сигнал служит и для выработки управляющего сигнала).

Установка работает следующим образом. При выделении в ионизационном калориметре энергии, превышающей заданный порог і?пор, и одновременном срабатывании счетчиков телескопа вырабатывается управляющий сигнал, который запускает ряд систем:

а) запускаются генераторы импульсного напряжения (ГИНы) искровых камер, в результате чего на камеры подается высоко­ вольтный импульс и на фотопленках регистрируется картина прохождения частиц через искровые камеры в момент данного энерговыделения в ионизационном калориметре;

б) запускается система регистрации амплитуд импульсов от всех ФЭУ ионизационного калориметра, т. е. система измерения энергии первичной частицы;

в) запускается система световых меток положения подвижных

Время, затрачиваемое на обнаружение искомого в ядерной эмульсии ливня, определяется площадью, которую микроскописту приходится просмотреть, пока не будет найден ливень, и размерами поля зрения микроскопа, т. е. увеличением, при кото­ ром ведется поиск. Чем плотнее и мощнее ливень, тем с меньшим увеличением его можно искать, тем больше поле зрения и тем ско­ рее будет просмотрена данная площадь фотоэмульсии. Поэтому поиски путей ускорения просмотра эмульсий могут вестись по двум направлениям:!

а) Сокращение площади поиска. Такой путь требует повыше­ ния точности указания местоположения ливня на эмульсионном слое. Однако по техническим причинам эту точность не всегда можно повысить, в особенности при работе с установками пло­ щадью в десятки квадратных метров.

б) Создание детекторов, позволяющих визуально, без опти­ ческих приборов, обнаруживать ливни частиц на фотоматериалах.

В лаборатории космических лучей НИИЯФ разрабатывались оба метода. Первый путь оказался необходимым при изучении характеристик взаимодействия частиц фиксированной энергии в эмульсионной стопке. Он был изложен выше.

Второй метод заключался в использовании сцинтилляций, вызываемых частицами ливня в специальном сцинтилляторе, и ре-