Способ определения пробега фрагментов релятивистских ядер

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЯДЕРНОГО ПРОБЕГА ФРАГМЕНТОВ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР,заключающийся в пропускании пучка исследуемого излучения через мишень-детектор, выполненную в виде стопки слоев, толщина каждого из которых намного меньше длины пробега фрагментов в материале мишени, регистрации с помощью детекторов вторичных процессов, установлении по результатам измерений координат начала и конца траектории каждого фрагмента в мишени и определении по ним пробега соответствующего фрагмента, отли (О чающий ся тем, что, с целью повьпиения чувствительности и точности (Л измерений, в качестве вторичных процессов регистрируют черенковское излучение , возникающее в мишени вдоль оси пучка, а координаты взаимодействия устанавливают по скачку изменения интенсивности черенковскот-о излучения . 4 О ел 00 сх

„„SU „„3 140586

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5!)4 С 01 Т 1/22

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " =

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ чения. (21) 3640000/24-25 (22) 08,09,83 (46) 30;08.85. Бюл. Ф 32 (72) И.А.Голутвин, В.А,Никитин и В.А.Свиридов (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 621.387.424(088.8) (56) 1. Friendlander Е.M., Gimpal R.W., Heckman Н.U., Karant Y.I., Jidek J., Ganssange F., Phys Rev I.ett, 1980, 45, р. 1084-1087. Evidence for Anommlous

Ик1е1 атопя Relativistic Projectile

Fragments from Heavy-Ton Collosions

af 2 Gev/Nucleon.

2. Агакишев Г.Н., Ахабанян Н., Баатар Il. Балдин А.М., Бертке Е., Богданович F Вартанян В.А., Гаспарян А,П. Сечения взаимодействий вторичных многозарядовых фрагментов релятивистского ядра углерода с .протоном. Сообщение ОИЯИ, Р1-81-79, Дубна, 1982.

3. Heinrich W., Drechsel Н., Trakowski W., Веет J., ВтесЬтапп G., Dreune С., Rudat R,, Sonntag S., Benton S.V., Casson R.M.

and Henke R.P. Anomalons: Current

Status and Firat Evidence from Plastic Track Detectors Preprint of.

University of Siegen, W. Germany, Sl-82-15, 1982 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЯДЕРНОГО

ПРОБЕГА ФРАГМЕНТОВ РЕЛЯТИВИСТСКИХ

ЯДЕР, заключающийся в пропускании пучка исследуемо го излучения через мишень-детектор, выполненную в виде стопки слоев, толщина каждого из которых намного меньше длины пробега фрагментов в материале мишени, регистрации с помощью детекторов вторичных процессов, установлении по результатам измерений координат начала и конца траектории каждого фрагмента в мишени и определении по ним пробега соответствующего фрагмента, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в качестве вторичных процессов регистрируют черенковское излучение, возникающее в мишени вдоль оси пучка, а координаты взаимодействия устанавливают по скачку изменения интенсивности черенковского излу1140586!

Изобретение относится к технике эксперимента в релятивистской ядерной физике; преимущественной областью использования изобретения являются опыты по измерению среднего пробега 5 ядерного поглощения:в веществе мишени фрагментов с выделенным зарядом, об разующихся при взаимодействии пучка релятивистских ядер с ядрами мишени. !О

Известны способы измерения пробегов фрагментов, заключающийся в том, что после экспозиции пучком релятивистских ядер на ускорителе мишеней-, детекторов и их последующей химичес- 15 кой обработки с помощью просмотровых и измерительных оптических систем производят поиск событий взаимодействия частиц пучка с веществом мишени-детектора, прослеживание треков 20 фрагментов из первичного взаимодействия до вторичного и оценку по нонизационным потерям энергии фрагментов его заряда. Для реализации данных способов используются фо еоэмульсион- 25 ные детекторы. $1 J, жидкостные пузырьковые камеры (2 ) и трековые твердотельные детекторы (3$.

Основным недостатком этих способов является высокая трудоемкость обра- 30 ботки материалов экспозиции и, соответственно, низкая скорость набора экспериментальной информации, что определяет низкую точность измерения средней величины ядерного пробега.

Ближайшим к предлагаемому способу является способ определения пробега фрагментов релятивистских ядер, заключающийся в том, что пропускают пучок исследуемого излучения через 40 мишень-детектор, выполненную в виде стопки слоев, толщина каждого из которых намного меньше длины пробега фрагментов в материале мишени, регистрируют излучение с помощью детек-45 торов вторичных процессов, установлении но результатам измерений координат начала и конца траектории каждого фрагмента в мишени и определении по ним пробега соответствующего фрагмен-50 та. Осуществляют измерение заряда фрагментов по диаметру образованного им трека в большом числе плоских слоев мишени-детектора, а координаты начала и конца траектории фрагмента 55 определяют по изменению диаметра трека, при этом вычисляют длину пробега фрагмента как разность координат начала и конца трека. Для реализации этого способа используются диэлектрические детекторы в виде стопки тонких пленок из трекочувствительного пластического материала.

Недостатком и этого способа, который среди известных является самым быстрым, остается низкая скорость получения экспериментальной информации (меньше 10 зарегистрированных событий ядерного взаимодействия фрагментов в час), что не позволяет проводить систематическое исследование зависимости пробега фрагментов от их заряда, типа и энергииядер идр.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений.

Цель достигается тем, что в способе, заключающемся в том, что пучок исследуемого излучения пропускают через мишень-детектор, выполненную в виде стопки слоев, толщина каждого из которых намного меньше длины пробега фрагментов в материале мишени, регистрируют с помощью детекторов вторичные. процессы, устанавливают по результатам измерений координаты начала и конца траектории каждого фрагмента в мишени и определяют по ним пробег фрагмента, в качестве вторичных процессов регистрируют черенковское излучение, возникающее в мишени вдоль оси первичного пучка, а координаты взаимодействия устанавливают по скачку изменения интенсивности черенковского излучения.

Использование в качестве вторичных процессов черенковского излучения обеспечивает существенное повышение чувствительности и точности измерений, так как угловая направленность черенковского излучения позволяет реализовать условие его полного сбора на регистраторы черенковского излучения и благодаря этому существенно улучшить зарядовое разрешение измерений и, соответственно, поднять их чувствительность; пороговая зависимость интенсивности черенковского излучения от скорости частиц полностью исключает фон медленных сильноионизирующих заряженных частиц, образующихся при взаимодействии пучковых ядер и ядерных фрагментов с веществом мишени, обеспечивая этому методу более высокую избирательность по сравнению с теми, где для измерения фрагментов

140586 4 действует с одним из ядер радиатора, в радиаторе счетчика 1 происходит ядерное поглощение образованного в первичном взаимодействии фрагмента.

На фиг-. 2 представлены амплитуды сигналов с черенковских счетчиков мишени-детектора; скачки амплитуд в точках 1 и 1 связаны с ядерными взаимодействиями пучкового ядра и фрагмента с веществом мишени. Номер счетчика, на котором, происходит . скачкообразное изменение амплитуды сигнала падающего ядра, соответствует концу пробега ядра и образованию фрагмента (1); второе скачкообразное изменение амплитуды сигнала черенковского счетчика () соответствует концу пробега фрагмента. Толигица пластины радиатора и количество счетчиков rn = k- 1, сигналы которых расположены между двумя соседними скачками амплитуд, .определяют свободньп пробег. Фрагмента

/1 (2) = (М-1)- Ь, 45

3 1 используются их ионизационные потери энергии (в этом же направлении действует и угловая направленность черенковского излучения, позволяя снизить чувствительность к фоновым частицам, отличающимся по углу от пучковых ядер и ядерных фрагментов); регистрация в качестве вторичных процессов черенковского излучения позволяет реализовать высокий уровень автоматизации процесса сбора и обработки экспериментальной информации, что определяет большую скорость набора данных и обеспечивает вместе с названными вьппе Аакторами высокую точность измерения ядерного пробега фрагментов релятивистских ядер.

На фиг. 1 представлена схема регистрации с помощью черенковских

v радиаторов (61, („., С,, С„); на фиг. 2 — амплитуды сигналов с черенковских счетчиков мишени детектора;

ыа Аиг. 3 — амплитудный спектр сигналов устройства.

Пример реализации способа.

Для определения ядерного пробега фрагментов релятивистских ядер выполняются следующие операции: пучковые ядра, ускоренные до релятивистских энергий,направляют на мишеньдетектор, выполненную в виде стопки слоев, каждый из которых является радиатором черенковского излучения (схематически это представлено на фиг. 1); фрагмент релятивистского ядра (исследуемое излучение), образующийся при взаимодействии с мишенью пучковых ядер, генерирует (как и родительское ядро) вдоль оси пучка черенковское излучение (вторичный процесс), которое собирают на детекторах вторичных процессов (ФЭУ), преобразуют в электрический ток, пропорциональный интенсивности черенковского излучения, и измеряют с помощью зарядо-цифровых преобразователей; по измененгпо в точке образования ядерного фрагмента и в точке его взаимодействия с мишенью интенсивности черенковского излучения (соответственно, по скачкам связанного с черенковским излучением тока детектора), устанявливяют координаты начала и конца траектории каждого фрагмента и определяют по ним ядерный пробег фрагмента.

В рядияторе счетчика С; (фиг. 1} первичное (пучковое) ядро 2 взаимо25 где 1 — толщина радиатора.

Средний ядерный пробег фрагмента (h(z) ) определяется по методу няименыиих квадратов при описании экспериментяльньгх данных функцией

N (z, х)= c(z) exp (-x /(Л(г) ) ) где Й(г, х) — число Арагментов с зарядом г, цяходящихся ня расстоянии х от точки

35 обрязования фрагментя, с(г) =colls t

Точность измерения зарядя Арягмента определяется, в основном, числом попавших ня фотокятод ФЗУ Аотонов

40 черенковского излучения Мф . Для слоя с толщиной 1 с коэффициентом преломления и число фотонов

N4, 500 Q 22 sjg2 g

1 где 9 =ягссоз 1/p» @=1.

Число фотсэлектронов, собиряемых

@ЗУ, ссстявляет N = E, L . М,, гд»

Š— квантовый выход Аотокятодя, эфАективность сбора Аотонов ня

Аотокятод. Малый угловой разброс фрягментов и выбор мятерияля рядцяторя с покязателем преломления и > г2 позволяет реализовать для черенковского излучения Арягментов условие полного сборя света ня фотокятод ФЭУ счетчика (Pg 1), обеспечивая оптимальные условия для измерения зярядя фрагмента. Для г = 1О Ъ = 0,5 см, 1140586

15, Р 09, 8,=01 и Fgпо-..

РЯдка единицы,й "- 10 . Статистическая точность определения заряда

Фрагмента одним счетчиком достаточно высока, оодтветственно, ошибкамала;. ду +0,3 для 2 10. Резуль-. таты проверки сказанного на пучке релятивистских ядер иллюстрирует фиг. 3, на которой представлен амп- 10 литудный спектр сигналов макета устройства, через радиатор которого проходили падающие ядра первичного пучка ,3

Ne < и образованные Ими фрагменты с полным набором зарядов (Z y< 9).

Экспериментальная оценка зарядового разрешения макета оказалась близкой к расчетной.

Скорость набора событий ограничивается регистрирующей и анализирующей электроникой и составляет величину 102 событий за импульс ускорителя (или 10 событий/ч); что на 2 порядка выше, чем в любом известном способе.

1140586

Редактор Л. Письман -Техред Ж.Кастелевич

Корректор H. Эрдейи

Подписное

Заказ 5773/4

Тираж 748 Лд

1 о с. /ОО

5 ф амплищ да C - сне чика юг. 5

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгор8д, ул. Проектная, 4