Ядерно-физические приборы (7 сем) / 3 лаба

Национальный исследовательский ядерный университет

«МИФИ»

Отчет по лабораторной работе №3 «Изучение амплитудных и временных характеристик детекторных систем космофизической аппаратуры»

Выполнил

Студент группы Б21-105

Морозов Максим Александрович

Преподаватель

Александрин С. Ю.

Введение

Цель работы: ознакомление студентов с детекторами, использующимися в экспериментальных установках для глобального физического мониторинга на борту искусственных спутников Земли (ИСЗ), и методами определения их характеристик.

Работа проводится с использованием вторичного космического излучения на уровне земной поверхности, состоящего преимущественно из мюонов, поток которых приближенно можно оценить величиной 0,5 [см-2 ср-1 мин-1], заряженных адронов, преимущественно протонов с примесью пионов с дифференциальным спектром D(E)=(3,0±0,5)× [м-2 ср-1 с-1 ГэВ-1 ] и нейтронов со спектром, близким к спектру адронов. Лабораторная установка представляет собой образцы двух детекторов: ливневого сцинтилляционного детектора и нейтронного детектора спектрометра PAMELA.

Магнитный спектрометр PAMELA

Основным детектором магнитного спектрометра PAMELA является трековая система из шести спаренных слоев кремниевых стриповых координатно-чувствительных детекторов, помещенных в однородное поле постоянного магнита напряженностью 0,4 Тл. Колодец магнита прямоугольной формы имеет размеры 134×164 мм2. Трековая система фиксирует траекторию заряженной частицы. Для выделения апертуры прибора используются три сцинтилляционных счетчика S1...S3, которые дополнительно включены во времяпролетную систему, что позволяет определить направление движения частицы и импульс нерелятивистских частиц. Пролетная база между детекторами S1 и S3 составляет 77,3 см.

Для исключения фоновых частиц, входящих в спектрометр вне апертуры, магнит и трековая система окружены сверху и с боков сцинтилляционными детекторами антисовпадений. Ниже магнита расположен координатно-чувствительный калориметр, состоящий из 22 слоев вольфрама, прослоенных трековыми детекторами. Общая толщина калориметра составляет 16 радиационных длин. Калориметр предназначен для измерения энергии регистрируемой частицы и определения профиля электромагнитного или адронного ливня, развивающегося в калориметре.

Ниже калориметра расположены сцинтилляционный ливневый детектор большой площади и нейтронный детектор, которые дополняют данные о ливне вторичных частиц, выходящем из калориметра. Данные с детекторов поступают в логические схемы, управляющие запуском процесса считывания данных в бортовую память спутника, из которой информация во время сеансов связи передается на Землю. Режимы работы спектрометра могут изменяться по командам с Земли.

Входящий в лабораторную установку ливневый детектор предназначен для регистрации частиц электромагнитных и адронных ливней, развивающихся в калориметре. Информация с него позволяет повысить точность определения энергии в калориметре, дает дополнительную информацию для разделения частиц по типам и позволяет запускать нейтронный детектор для частиц высоких энергий, проходящих вне основного апертурного угла.

Назначение нейтронного детектора – разделение электромагнитных и адронных ливней, так как они отличаются по числу возникающих в каскаде нейтронов, которые затем замедляются в слое легкого вещества, окружающего газовые счетчики, и их число регистрируется в этих счетчиках

Результаты роботы:

Задание 1

Зарегистрированный импульс отрицательной полярности на экране осциллографа от запуска генератора.

Рис. 1 Осциллограмма импульса от генератора

Построен амплитудный спектр импульсов с генератора. Посчитаны значения абсолютной и относительной ширины на полувысоте.

Рис. 2 Амплитудный спектр импульсов с генератора

,

Задание 2

Получена осциллограмма импульса от светодиода.

Рис 3. Импульс от светового диода

Построен амплитудный спектр импульсов, полученный при генерации 1000 калибровочных импульсов от светового диода при напряжении, подданном на ФЭУ 800В.

Рис. 4 Амплитудный спектр импульсов от светового диода при напряжении питания 800В

Из полученного распределения были посчитаны значения абсолютной и относительной ширины на полувысоте

,

Также был построен амплитудный спектр импульсов, полученный при генерации 1000 калибровочных импульсов от светового диода при напряжении, подданном на ФЭУ 900В.

Рис 5. Амплитудный спектр импульсов от светового диода при напряжении питания 900В

Полученные значения абсолютной и относительной ширины на полувысоте

,

Задание 3

Получена осциллограмма сигнала ФЭУ при регистрации ионизирующей частицы.

Рис. 6 Осциллограмма сигнала ФЭУ при регистрации ионизирующей частицы

Построено амплитудное распределение сигналов ФЭУ при регистрации заряженных частиц ливневым детектором, при запуске от мониторного детектора.

Рис. 7 Амплитудное распределение сигналов ФЭУ при регистрации заряженных частиц ливневым детектором

Также был рассчитан поток мюонов через детектор.

N = 1000, , t = 12 c

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения лабораторной работы было произведено ознакомление с детекторами, использующимися в экспериментальных установках для глобального физического мониторинга на борту Искусственных Спутников Земли. Изучены характеристики и режимы работы быстрого сцинтилляционного детектора в составе космической аппаратуры, в результате чего были зарегистрированы импульсы на экране осциллографа, построены спектры импульсов. Были получены спектры 500 калибровочных импульсов, при подачи разных значений напряжений на блок ФЭУ, амплитудный спектр для мюонов, зарегистрированных ливневым детектором. Был определен поток мюонов сквозь детектор:

Ф = 33,5 * 10^-3 с^-1см^-2