ри
Калориметри призначені головним чином для вимірювання повної енергії високоенергічних (у тому числі і нейтральних) частинок. Детектори з газовою і рідкою робочим середовищем не зручні для цієї мети, оскільки мають низьку щільність, компенсація якої вимагає занадто великих обсягів. Однорідні твердотільні детектори (сцинтилятори, напівпровідники та ін.) Також неможливо виготовити таких розмірів, щоб забезпечити повне поглинання енергії релятивістських і слабоіонізующіх частинок. Проблема вирішується використанням сендвічів, що складаються з чергуються шарів поглинаючих і детектирующих середовищ. Як поглиначі можуть бути взяті такі щільні і сильно поглинаючі матеріали як залізо і свинець. Як детектори - тверді сцинтилятори або свинцеві скла, ефективно генеруючі черенковское випромінювання. Частинка, потрапляючи в такий твердотільний сендвіч, створює швидко розмножується в міру просування вглиб каскад (злива) вторинних частинок. Енергія первинної частки трансформується в енергії часток каскаду, а також в збудження і іонізацію середовища. Якщо забезпечити розміри калориметра достатні для зупинки і поглинання всіх вторинних частинок, то завдання буде вирішено збором і підсумовуванням всіх сигналів з детектирующих шарів. Калориметри діляться на два класи - електромагнітні та адронні.
Рис. 22 - Один з видів калориметра - пристрою, що дозволяє реєструвати космічні промені високої енергії
Прилад складається з вуглецевої мішені, в якій відбувається генерація вторинних частинок - нейтральних півоній, які, розпадаючись, формують потік фотонів. Вони реєструються шарами детекторів, розташованих між поглиначами і свинцю під мішенню. Вимірюючи кількість вторинних частинок, можна визначити енергію первинної. Чим більше шарів детекторів, тим точніше вимірювана енергія.
Електромагнітні калориметри служать для вимірювання енергії електронів, позитронів і фотонів з енергією більше 100 МеВ (вони придатні і для реєстрації мюонів). Каскад вторинних частинок розвивається за рахунок генерації гальмівного випромінювання і народження електрон-позитронного пар. Товщина електромагнітного калориметра - десятки сантиметрів.
У адронних калориметрах первинний адрон виробляє головним чином вторинні адрони в реакціях непружного взаємодії. Адронні зливи мають бoльшие розміри, ніж електромагнітні (відповідно товщина адронного калориметра може досягати декількох метрів), і схильні значно бoльшим флуктуаціям в числі і типі вторинних частинок. Крім того, лише невелика частка енергії первинного адрону залишається в Детектується матеріалі калориметра. У цьому зв'язку енергетичне дозвіл адронних калориметрів в десятки разів гірше електромагнітних. Енергетичне дозвіл калориметрів? Е/Е пропорційно E - 1/2, т. Е. Поліпшується із зростанням енергії. При енергії частки 100 ГеВ воно складає долі відсотка для електромагнітного калориметра і відсотки для адронного. Временнoй дозвіл калориметра визначається швидкодією його детектуючої середовища.
1.8 Детектори для гамма-спектрометрії
Зазвичай гамма-випромінювання пов'язано з попередніми йому альфа- або бeта-розпадами ізотопів зразка. Бета-, а тим більше альфа-частинки звичайно поглинаються, не доходячи до чутливих області детекторів.
У детекторах енергії та інтенсивності гамма-квантів визначаються не безпосередньо, а за допомогою вторинних заряджених частинок (електронів і позитронів), які виникають в результаті взаємодії детектіруемих гамма-квантів з речовиною детектора.
Коли гамма-квант потрапляє в детектор, заряджені частинки утворюються в результаті трьох процесів: фотоефекту, ефекту Комптона і освіти електрон-позитронного пар. Фотоефект пропорційний 5, ефект Комптона
У результаті фотоефекту вибитий з атома електрон набуває енергію
,
де?- Енергія гамма-кванта, b - енергія зв'язку електрона і r - енергія ядра віддачі, якою можна знехтувати. Фотоефект супроводжується характеристичним рентгенівським випромінюванням або емісією оже-електронів. Характеристичне рентгенівське випромінювання в свою чергу викликає фотоефект. Утворені в результаті всіх цих процесів електрони виникають практично одночасно, вони найчастіше поглинаються в детекторі і сигнали від них сумуються. Таким чином практично вся енергія гамма-кванта передається електронам.
.
У функції відгуку детектора фотоефекту відповідає пік - фотопік.
У результаті комптонівського розсіяння електронам передається тільки частина енергії.
, e =?- ??,
де? і ??- Енергії гамма-квантів до і після розсіювання, e - енергія фотоелектронів, 2 - енергія спокою електрона, - кут розсіювання гамма кванта. Максимальна енергія, яка в результаті комптонівського...
