«Черенковский счётчик»

прибор для регистрации заряженных частиц и γ-квантов, в котором используется Черенкова-Вавилова излучение. Если заряженная частица движется в среде со скоростью υ, превышающей фазовую скорость света для данной среды (c/n,n —показатель преломления среды, с — скорость света в вакууме), то частица испускает черенковское излучение. Последнее происходит в определённом направлении, причём угол ϑ между направлением излучения и траекторией частицы связан с υ и n соотношением:

cos ϑ = c/ υn = 1/βn(β =υ/c). (1)

Интенсивность N черенковского излучения на 1 см пути в интервале длин волн от λ₁ до λ₂ выражается соотношением:

. (2)

Здесь Z — заряд частицы (в единицах заряда электрона).

В отличие от сцинтилляционного счётчика (См. Сцинтилляционный счётчик), где регистрируются частицы с любой скоростью, а излучение изотропно и запаздывает во времени, в Ч. с. свет излучается только частицами, скорости которых υ≥c/n(β ≥1/n), причём излучение происходит одновременно с их прохождением и под углом ϑ к траектории частицы. С ростом скорости частицы (надпороговой) растут угол ϑ и интенсивность излучения. Для предельных скоростей, близких к скорости света [(1―β)

ϑ_макс = arccos (1/n). (3)

Количество света, излучаемое в Ч. с., как правило, составляет неск. % от светового сигнала сцинтилляционного счётчика.

Основные элементы Ч. с.: радиатор (вещество, в котором υ> с/n), оптическая система, фокусирующая свет, и один или несколько фотоэлектронных умножителей (См. Фотоэлектронный умножитель) (ФЭУ), преобразующих световой сигнал в электрический (см. рис.). Радиаторы изготавливают из твёрдых, жидких и газообразных веществ. Они должны быть прозрачны к черенковскому излучению и иметь низкий уровень сцинтилляции, создающих фоновые сигналы. Стандартные материалы радиаторов: органическое стекло (n = 1,5), свинцовое стекло (n = 1,5), вода (n= 1,33).

Ч. с. получили широкое применение в экспериментах на ускорителях заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц), т.к. они позволяют выделять частицы, скорость которых заключена в определённом интервале. С ростом энергии ускорителей и, следовательно, с ростом энергии частиц особенно широкое применение получили газовые Ч. с., обладающие способностью выделять частицы ультрарелятивистских энергий, для которых (1— β) м и более. В газовых Ч. с. можно плавно менять показатель преломления, изменяя давление рабочего газа.

Ч. с. существуют 3 типов: пороговые, дифференциальные и счётчики полного поглощения. Основными характеристиками первых 2 типов Ч. с. являются эффективность регистрации и разрешающая способность по скорости частиц, т. е. способность счётчика разделять две частицы, двигающиеся с близкими скоростями. Пороговый Ч. с. должен регистрировать все частицы со скоростями, большими некоторой (пороговой), поэтому оптическая система такого Ч. с. (комбинация линз и зеркал) должна собрать, по возможности, весь излученный свет на катод ФЭУ.

Дифференциальные Ч. с. регистрируют частицы, движущиеся в некотором интервале скоростей от υ₁ до υ₂. В традиционных дифференциальных Ч. с. это достигается выделением оптической системой света, излучаемого в интервале соответствующих углов от ϑ₁ до ϑ₂. Линза или сферическое зеркало, помещенное на пути черенкового света, фокусирует свет, излученный под углом ϑ, в кольцо с радиусом

R = fϑ, (4)

где f―фокусное расстояние линзы или зеркала. Если в фокусе системы поместить щелевую кольцевую диафрагму, а за диафрагмой один или несколько ФЭУ, то в такой системе свет будет зарегистрирован только для частиц, излучающих свет в определённом интервале углов. В дифференциальных Ч. с. с прецизионной оптической системой можно выделить частицы, скорость которых отличается всего на 10^―6 от скорости др. частиц. Такие Ч. с. требуют особого контроля давления газа и формирования параллельного пучка частиц.

Ч. с. полного поглощения предназначены для регистрации и спектрометрии электронов и γ-квантов. В отличие от рассмотренных Ч. с., где частица теряла в радиаторе ничтожно малую долю энергии, Ч. с. полного поглощения содержит блок радиаторов большой толщины, в котором электрон или γ-квант образует электронно-фотонную лавину и теряет всю или большую часть своей энергии. Как правило, радиаторы в этом случае изготавливают из стекла с большим содержанием свинца. В радиаторе из такого стекла, например толщиной 40 см, может практически полностью тормозиться электрон с энергией до 10 Гэв. Количество света, излучаемого в Ч. с. полного поглощения, пропорционально энергии первичного электрона или γ-кванта. Разрешающая способность ΔEЧ. с. полного поглощения (по энергии) зависит от энергии и для самых чувствительных ФЭУ может быть выражена формулой:

%

где E — энергия электрона в Гэв.

Лит.: Джелли Дж., Черенковское излучение и его применения, пер. с англ., М., 1960; Зрелов В. П., Излучение Вавилова—Черенкова и его применение в физике высоких энергий, ч. 1―2, М., 1968.

В. С. Кафтанов.

Схема газового порогового черенковского счётчика на 70 Гэв ускорителя Института физики высоких энергий (СССР). Черенковский свет собирается на катод ФЭУ с помощью оптической системы, состоящей из плоского зеркала и кварцевой линзы.

ЧЕРЕНКОВСКИЙ СЧЕТЧИК - детектор частиц, действие которого основано на Черенкова - Вавилова излучении (которое преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлектронного умножителя). Применяется в ядерной физике и физике частиц высоких энергий.

Cerenkov counter

ЧЕРЕНКОВСКИЙ СЧЁТЧИК

детектор для регистрации заряж. ч-ц, в к-ром используется Черенкова Вавилова излучение. При движении заряж. ч-цы в среде со скоростью v, превышающей фазовую скорость света c/n в данной среде (n — показатель преломления среды), ч-ца излучает в направлении, составляющем угол q с её траекторией. Угол q связан со скоростью ч-цы v и показателем преломления среды га соотношением:

cosq=c/vn=1/bn, b=v/c. (1)

Интенсивность W черенковского излучения на 1 см пути заряж. ч-цы в интервале длин волн от l1 до l2 выражается соотношением:

Здесь Z — заряд ч-цы (в ед. элементарного электрич. заряда). В Ч. с. свет излучается только ч-цами, скорости к-рых v?c/n (b? 1/n), причём излучение происходит одновременно с прохождением ч-цы под углом q к её траектории. С ростом v (надпороговой) растут угол q и интенсивность излучения. Для предельных скоростей, близких к скорости света 1-b?1, угол q достигает предельного значения:

qмaкс=arccos(1/n). (3)

Осн. элементы Ч. с.: радиатор (в-во, в к-ром v >с/n), оптич. система, фокусирующая свет, и один или неск. фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), преобразующих световой сигнал в электрический (см. рис.). Радиаторы изготавливают из тв., жидких и газообразных в-в.

Схема стандартного газового порогового черенковского счётчика. Черенковское излучение собирается на катод ФЭУ с помощью оптич. системы, состоящей из плоского зеркала и кварцевой линзы.

Они должны быть прозрачны к черенковскому излучению и иметь низкий уровень сцинтилляций, создающих фоновые сигналы. Для регистрации ч-ц, обладающих сравнительно небольшой скоростью, используются органич. стекло (n=1,5), свинцовое стекло (n=1,5) и вода (n=1,33).

Ч. с. широко применяются в экспериментах на ускорителях заряж. ч-ц. С ростом энергии ускорителей и, следовательно, с ростом энергии ч-ц особенно широкое применение получили газовые Ч. с., к-рые могут выделять ч-цы ультрарелятивистских скоростей, для к-рых (1-b)<-1. Угол q в газе очень мал (n близко к 1), мала и интенсивность излучения на ед. пути заряж. ч-цы. Чтобы получить вспышку света, достаточную для регистрации, приходится увеличивать длину газовых Ч. с. до 10 м и более. Газовые Ч. с. позволяют плавно менять га изменением давления газа.

Существуют Ч. с. 3 типов: пороговые, дифференциальные и счётчики полного поглощения. Осн. хар-ками Ч. с. являются эффективность регистрации и разрешающая способность по скорости ч-ц, т. е. способность счётчика разделять две ч-цы, движущиеся с близкими скоростями. Пороговый Ч. с. должен регистрировать все ч-цы со скоростями, большими нек-рой (пороговой). Дифф. Ч. с. регистрируют ч-цы, движущиеся в интервале скоростей от v1 до v2. В традиц. дифф. Ч. с. это достигается выделением оптич. системой света, излучаемого в интервале соответствующих углов от q1 до q2. Линза или сферич. зеркало, помещённое на пути черенковского излучения, фокусирует свет, излучённый под углом О, в кольцо с радиусом R=fq, где f — фокусное расстояние линзы или зеркала. Если в фокусе системы поместить щелевую кольцевую диафрагму, а за диафрагмой один или неск. ФЭУ, то в такой системе свет будет зарегистрирован только для ч-ц, излучающих свет в определённом интервале углов, т. е. имеющих скорости, лежащие в заданном диапазоне. В дифф. Ч. с. с прецизионной оптич. системой можно выделить ч-цы, к-рые по величине b отличаются всего на 10-6 от др. ч-ц. Такие Ч. с. требуют особого контроля давления газа и формирования параллельного пучка ч-ц. Ч. с. полного поглощения предназначены для регистрации и спектрометрии электронов и g-квантов. В отличие от рассмотренных Ч. с., в к-рых частица теряла в радиаторе ничтожно малую долю энергии, Ч. с. полного поглощения содержит блок радиаторов большой толщины, в котором электрон или g-квант образует электронно-фотонную лавину и теряет всю (или большую часть) энергию. Как правило, радиаторы в этом случае изготавливают из стекла с большим содержанием Pb; при толщине 40 см в нём может практически полностью тормозиться электрон с энергией до 10 ГэВ. Кол-во света, излучаемого в Ч. с. полного поглощения, пропорционально энергии первичного электрона или g-кванта. Разрешающая способность Ч. с. полного поглощения (по энергии) зависит от энергии? ч-цы и для самых чувствительных ФЭУ может быть выражена ф-лой: D?=(8—12)%??, где?— энергия электрона в ГэВ.

Черенко́вский счётчик

детектор для регистрации заряженных частиц, испускающих Черенкова—Вавилова излучение (которое преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлектронного умножителя). Применяется в ядерной физике и физике частиц высоких энергий.

* * *

ЧЕРЕНКО́ВСКИЙ СЧЕТЧИК, детектор частиц, действие которого основано на —Черенкова Вавилова излучении(см. ЧЕРЕНКОВА — ВАВИЛОВА ИЗЛУЧЕНИЕ) (которое преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлектронного умножителя). Применяется в ядерной физике и физике частиц высоких энергий.

Cerenkov counter

яд. физ. contatore di àerenkov

детектор для регистрации заряж. частиц, испускающих Черенкова - Вавилова излучение (к-рое преобразуется в электрич. сигнал с помощью фотоэлектронного умножителя). Применяется в ядерной физике и физике частиц высоких энергий.