Черенковський лічильник
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Черенковський лічильник

Черенковський лічильник, прилад для реєстрації заряджених часток і g-квантів, в якому використовується Черенкова—Вавілова випромінювання . Якщо заряджена частка рухається в середовищі із швидкістю u, що перевищує фазову швидкість світла для даного середовища ( c/n , n — показник заломлення середовища, з — швидкість світла у вакуумі), то частка випускає черенковськоє випромінювання. Останнє відбувається в певному напрямі, причому кут J між напрямом випромінювання і траєкторією частки пов'язаний з u і n співвідношенням:

загрузка...

  cos J = c/ u n = 1 / b n (b = u /c ) . (1)

  Інтенсивність N черенковського випромінювання на 1 см дороги в інтервалі довжин хвиль від l 1 до l 2 виражається співвідношенням:

  . (2)

  Здесь Z — заряд частки (у одиницях заряду електрона).

  На відміну від сцинтиляційного лічильника, де реєструються частки з будь-якою швидкістю, а випромінювання ізотропне і запізнюється в часі, в Ч. с. світло випромінюється лише частками, швидкості яких u ³ c/n (b ³ 1 /n ), причому випромінювання відбувається одночасно з їх проходженням і під кутом J до траєкторії частки. Із зростанням швидкості частки (надпороговою) зростають кут J і інтенсивність випромінювання. Для граничних швидкостей, близьких до швидкості світла [(1¾b) << 1], кут J досягне граничного значення:

  J макс = arccos (1/ n ). (3)

  Кількість світла, що випромінюється в Ч. с., як правило, складає неськ.(декілька) % від світлового сигналу сцинтиляційного лічильника.

  Основні елементи Ч. с.: радіатор (речовина, в якому u > с/n ), оптична система, що фокусує світло, і один або декілька фотоелектронних помножувачів (ФЕУ), що перетворюють світловий сигнал в електричний (див. мал. ). Радіатори виготовляють з твердих, рідких і газоподібних речовин. Вони мають бути прозорі до черенковському випромінювання і мати низький рівень сцинтиляції, що створюють фонові сигнали. Стандартні матеріали радіаторів: органічне скло ( n = 1,5), свинцеве скло ( n = 1,5), вода ( n = 1,33).

  Ч. с. отримали широке вживання в експериментах на прискорювачах заряджених часток, т.к. оні дозволяють виділяти частки, швидкість яких поміщена в певному інтервалі. Із зростанням енергії прискорювачів і, отже, із зростанням енергії часток особливо широке вживання отримали газові Ч. с., що володіють здатністю виділяти частки ультрарелятівістських енергій, для яких (1— b) << 1. Кут випромінювання J в газі дуже малий, мала і інтенсивність випромінювання на одиницю дороги. Щоб отримати спалах світла, достатню для реєстрації, доводиться збільшувати довжину газових Ч. с. до 10 м-код і більш. У газових Ч. с. можна плавно міняти показник заломлення, змінюючи тиск робочого газу.

  Ч. с. існують 3 типів: порогові, диференціальні і лічильники повного поглинання. Основними характеристиками перших 2 типів Ч. с. є ефективність реєстрації і роздільна здатність за швидкістю часток, тобто здатність лічильника розділяти дві частки, що рухаються з близькими швидкостями. Пороговий Ч. с. повинен реєструвати всі частки з швидкостями, великими деякій (пороговою), тому оптична система такого Ч. с. (комбінація лінз і дзеркал) повинна зібрати, по можливості, все світло, що випромінює, на катод ФЕУ.

  Диференціальні Ч. с. реєструють частки, рухомі в деякому інтервалі швидкостей від u 1 до u 2 . В традиційних диференціальних Ч. с. це досягається виділенням оптичною системою світла, що випромінюється в інтервалі відповідних кутів від J 1 до J 2 . Лінза або сферичне дзеркало, поміщене на дорозі живцевого світла, фокусує світло, що випромінює під кутом J, в кільце з радіусом

  R = f J, (4)

  де f ¾ фокусна відстань лінзи або дзеркала. Якщо у фокусі системи помістити щілинну кільцеву діафрагму, а за діафрагмою один або декілька ФЕУ, то в такій системі світло буде зареєстровано лише для часток, випромінюючих світло в певному інтервалі кутів. У диференціальних Ч. с. з прецизійною оптичною системою можна виділити частки, швидкість яких відрізняється всього на 10 ¾6 від швидкості ін. часток. Такі Ч. с. вимагають особливого контролю тиску газу і формування паралельного пучка часток.

  Ч. с. повного поглинання призначені для реєстрації і спектрометрії електронів і g-квантів. На відміну від розглянутих Ч. с., де частка втрачала в радіаторі нікчемно малу долю енергії, Ч. с. повного поглинання містить блок радіаторів великої товщини, в якому електрон або g-квант утворює електронно-фотонну лавину і втрачає всю або велику частину своєї енергії. Як правило, радіатори в цьому випадку виготовляють із скла з великим вмістом свинцю. У радіаторі з такого стекла, наприклад товщиною 40 см , може практично повністю гальмуватися електрон з енергією до 10 Гев. Кількість світла, що випромінюється в Ч. с. повного поглинання, пропорційно енергії первинного електрона або g-кванта. Роздільна здатність D E Ч. с. повного поглинання (по енергії) залежить від енергії і для найвідчутніших ФЕУ може бути виражена формулою:

   %

  де E — енергія електрона в Гев.

 

  Літ.: Джеллі Дж., Черенковськоє випромінювання і його вживання, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1960; Зрелов Ст П., Випромінювання Вавілова—Черенкова і його вживання у фізиці високих енергій, ч. 1¾2, М., 1968.

  Ст С. Каптанів.

Схема газового порогового черенковського лічильника на 70 Гев прискорювача Інституту фізики високих енергій (СРСР). Черенковський світло збирається на катод ФЕУ за допомогою оптичної системи, що складається з плоского дзеркала і кварцевої лінзи.