Устройство и принцип действия черенковского счетчика

Черенковское излучение возникает при движении заряженной частицы в прозрачной среде (в этом случае излучающее вещество называют радиатором), когда её скорость  превышает скорость света в данном веществе   1n, где n – показатель преломления. Таким образом, излучение носит пороговый характер и для каждого вещества существует пороговая скорость _пор = 1n.

Черенковское излучение направлено вперед по пути следования частицы вдоль образующей конуса с углом раствораQ = arcos 1n. Его спектр носит спадающий по закону  1/² характер ( - длина волны), а число фотонов видимой области спектра, излученных при прохождении 1 см вещества с показателем преломления составляет I = 500sin².

Схематический чертеж счетчика, используемого в данной работе, изображен на рис. 4.

Его радиатор (1) изготовлен из свинцового стекла ТФ-1-00 с плотностью около 4 г/см³ в виде призмы размером 85х85х350 мм. Все грани ее отполированы и обернуты алюминиевым майларом для улучшения светосбора. Выходное окно находится в оптическом контакте с фотокатодом фотоумножителя (2). В счетчике использован фотоумножитель ФЭУ-110 с диаметром фотокатода 70 мм.

Необходимо подчеркнуть принципиальную и важную разницу между сцинтилляционным и черенковским счетчиками. Она состоит в различной реакции этих детекторов на прохождение мюонов (жесткой компоненты) и электронов (мягкой компоненты) космического излучения через тонкий сцинтиллятор и массивный радиатор.

Мюон, как в сцинтилляторе, так и в радиаторе, испытывает только ионизационные потери ( 2 МэВ/г/см²) и, таким образом, инициирует выходные сигналя, пропорциональные этим потерям: 4 МэВ в двухсантиметровом пластике и около 300 МэВ в свинцовом стекле. Электрон точно так же ведет себя в сцинтилляторе, однако в плотном радиаторе наблюдается совершенно иная картина. Здесь при попадании электрона (позитрона) развивается электромагнитный ливень, так что первичная энергия поглощается почти полностью, а выходной сигнал ей пропорционален. Поэтому такие счетчики называют электромагнитными калориметрами или черенковскими счетчиками полного поглощения. Это свойство можно использовать при разделении жесткой и мягкой компоненты вторичного космического излучения.

Описание лабораторной установки

Блок-схема установки приведена на рис.5. Она включает в себя следующие элементы:

1. Два сцинтилляционных счетчика размером 6х6х2 см и один размером 10х10х0,5 см на основе фотоумножителей ФЭУ-85 с размером фотокатода 25 мм. Они снабжены делителями, потребляющими ток 150 мкА при рабочем напряжении 1,45 кВ.

2. Черенковский счетчик полного поглощения из свинцового стекла. Радиатор изготовлен из тяжелого флинта марки ТФ-1. Фотоумножитель ФЭУ-110 запитан через делитель, потребляющий ток около 800 мкА при рабочем напряжении около 1,45 кВ.

Электронные схемы, работающие с частотой до 100 МГц, помещены в каркас и снабжены стандартными блоками питания с выходным напряжением +5,2 В и +12 В.

3. Линии задержки ЛЗ-55 служат для регулировки задержки сигналов на коаксиальном кабеле в пределах 555 нс с целью их согласования на схеме совпадений. Полезно знать, что на кабеле длиной 1 м сигнал запаздывает на 5 нс (510^-9 с).

4. Формирователи Ф-102 преобразуют сигналы с детекторов в стандартные сигналы уровня NIM (-0,7 В) длительностью 15 нс. Порог формирователей 250 мВ при входном сопротивлении 50 Ом.

5. Дискриминатор ДИ-102 аналогичен формирователю, но имеет регулируемый порог от 250 до 2500 мВ.

6. Схема совпадений СС-102 (две схемы в одном блоке) вырабатывает сигнал при одновременном наличии импульсов на входах с разрешающим временем 30 нс.

7. Пересчетный прибор ПП-102 имеет две семидекадные пересчетные схемы и может работать как в режиме мониторирования (остановка по достижении заданной суммы числа импульсов), так и в простом счетном режиме (остановка через заданное время). Назначение соответствующих входных разъемов указано на передней панели.

8. Быстрый усилитель используется для усиления сигнала черенковского счетчика. коэффициент усиления может меняться от 50 до 1500. Рабочее значение составляет 150.

Усилитель используется также при работе с третьим сцинтилляционным счетчиком.

9. К вспомогательным блокам следует отнести источник высоковольтного питания БВН - 2. Выходное напряжение может регулироваться от 0,0 до 3,0 кВ при токе до 2,5 мА.