Детектор для регистрации нейтрино

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ к авто скому свидетельств

1(((572732

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 05.03.76 (21) 2330934/25 (51) М. Кл G 01Т (5/00 с присоединением заявки №

Государственный номитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.09.77. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 04.10.77 (53) УДК 539.1.074.9 (088,8) (72) Автор изобретения

А. Ф. Писарев

Объединенный институт ядерных исследований (71) Заявитель (54) ДЕТЕКТОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НЕИТРИИО

Изобретение относится к области детектирования элементарных частиц в жидких средах и может быть использовано в физических лабораториях, имеющих дело с экспериментами по физике нейтрино.

Известно использование для регистрации следов частиц проволочной жидкостной камеры (1). В такой камере тонкие проводящие нити погружены в жидкость и на них подано собирающее высоковольтное напряжение.

При прохождении частицы через жидкость по ее следу образуются заряды, которые под действием поля собираются на нити. Заряды формируют на нитях импульсы, которые служат для восстановления трека. Однако такие детекторы требуют применения сложной многоканальной электронной аппаратуры.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является детектор для регистрации нейтрино в жидких средах, в котором сосуд заполнен жидкой средой, обладающей свойствами сохранения электронов ионизации в свободном состоянии, Весь объем жидкости пронизан системой проводящих проволочек, образующих координатную сетку ХУ, и на эти проволочки собирают электроны. По величине собранного электронного заряда и номеру соответствующих проволочек, на которые собраны электроны, судят о координатах взаимодействия нейтрино в детекторе и его начальном импульсе (21.

Регистрация нейтрино в таком детекторе возможна лишь при использовании в детекто5 ре одной из двух жидкостей — аргона или ксенона, глубоко очищенных от электроотрицательных примесей. Только в этих двух жидкостях электроны ионизации могут существовать в свободном состоянии. В этом огра1О ниченность данного детектора. Вместе с тем исключительно большое число сигнальных нитей, пронизывающих весь объем жидкости в детекторе, требует сложной и весьма дорогой электроники, обслуживающей эти нити.

15 Достаточно отметить, что при характерном объеме нейтринного детектора, исчисляемого десятками кубических метров, число сигнальных нитей в нем, исходя из требуемой точности определения координат трека первичного электрона, должно составлять 10 — 10 . С каждой такой нитью должен быть связан соответствующий электронный канал, усиливающий первичные сигналы и выполняющий ряд логических операций. Большая стоимость электронного комплекса до сих пор сдерживает реализацию этого детектора.

Цель изобретения — упрощение электронной системы регистрации объемного расположения треков и уменьшение числа сигналь30 ных нитей.

572732

30

Это достигается тем, что в предлагаемом детекторе в качестве рабочей жидкости использована диэлектрическая жидкость с электроотрицательными свойствами, например фреон, а сигнальные электроды выполнены в виде сетки из трех электрически изолированных и жестко связанных между собой нитяных плоскостей, причем нити крайних электродов параллельны между собой, попарно объединены и расположены под углом

-90 к нитям среднего электрода, при этом сетка снабжена устройством для поступательного перемещения ее в направлении, перпендикулярном плоскости электродов.

На чертеже схематично показана конструкция предлагаемого детектора.

Детектор, включает в себя резервуар, заполненный рабочей жидкостью 1, трехэлектродную нитяную систему 2, средний электрод 3 в системе с нитями, направленными вдоль оси Х, крайние электроды 4 в системе с нитями, направленными вдоль оси Y. Устройство для перемещения сетки условно не показано. Направление движения электродов на чертеже показано стрелкой С.

Принцип работы детектора заключается в следующем. В процессе взаимодействия нейтрино с веществом жидкости образуется первичный электрон с энергией, близкой к энергии нейтрино. Этот электрон на пути своего движения ионизирует жидкость и оставляет след из вторичных электронов и положительных ионов. Вторичные электроны, в свою очередь, за время 10 —" — 10 — о с термолизуются и захватываются молекулами жидкости и примесями в них или сольватируются. В результате данного процесса отрицательные ионы и сольватные комплексы вместе с положительными ионами формируют трек первичного электрона. Такой трек, состоящий из тяжелых ионов, будет долго сохранять свою пространственную геометрию в силу исключительно малой скорости процесса диффузного движения ионов в жидкостях. При каждом перемещении пары нитяных электродов через весь объем будет осуществляться «сканирование» пространственных координат треков (Х, Y, Z) путем сбора на нити ионов. Измерение в процессе сканирования распределения ионного заряда по треку и определение общей его величины дают информацию об импульсе первичного электрона и, следовательно, об импульсе нейтрино.

В качестве рабочих сред могут использоваться практически любые диэлектрические жидкости, так как электроны в них захватываются как молекулами самих жидкостей, так и примесями в них. Пусть детектор заполнен жидким фреоном. Выход свободных ионных пар в нем в электронном треке составляет 0,2 на 100 эВ затраченной энергии.

При первичной энергии электрона (например, от солнечного нейтрино) 10 эВ выход свободных ионов составит = 2 10З ионов на пути в

1=1 см. Такой заряд, собранный на нити, обеспечивает определение координат трека первичного электрона с точностью 0,15 мм и энергии с точностью 5 — 10 /о. 3а время движения нитяных электродов вдоль всего детектора диффузное размытие трека составляет г=

=+2DT, где Т вЂ” время движения электродов, 0 — коэффициент диффузии ионов, равный 10- см /с. Если принять Т=0,3, ч, то

r=1,5 мм.

Точность определения центра трека обычно составляет 0,15 мм. Число нитей в трех электродных плоскостях в таком детекторе составляет 104 (вместо 10 в известном детекторе). Большой выигрыш в числе нитей достигается благодаря применению в предлагаемом устройстве принципа последовательного сканирования треков в объеме детектора.

Из приведенного примера видно, что «запоминание» трека в жидкой среде упрощает последующее измерение его координат. Принцип сканирования треков путем перемещения электродной системы, используемый в данном детекторе, дает резкое сокращение числа сигнальных нитей.

Формула изобретения

Детектор для регистрации нейтрино, содержащий камеру с рабочей жидкостью, проволочные сигнальные электроды и электронную систему регистрации, отличающийся тем, что, с целью упрощения электронной системы регистрации объемного расположения треков и уменьшения числа сигнальных нитей, в качестве рабочей жидкости использована диэлектрическая жидкость с электроотрицательными свойствами, например фреон, а сигнальные электроды выполнены в виде сетки из трех электрически изолированных и жестко связанных между собой нитяных плоскостей, причем нити крайних электродов параллельны между собой, попарно объединены и расположены под углом 90 к нитям среднего электрода, при этом сетка снабжена устройством для поступательного перемещения ее в направлении, перпендикулярном плоскости электродов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство Ко 334479, кл.

G 01Т 5/00, 1972.

2. Зацепин П. Г. и Понтекорво Б. Об одной экспериментальной возможности в нейтринной астрономии, Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики, Т, 12, Ко 7, 1970, с. 347. о72732

Составитель И. Петоян

Техред М, Семенов

Редактор И. Шубина

Корректор Л. Котова

Подписное

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 2208/9 Изд. Мв 777 Тираж 725

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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