RU2549611C2 - Emission calorimeter - Google Patents

Emission calorimeter Download PDF

Info

Publication number
RU2549611C2
RU2549611C2 RU2013112459/28A RU2013112459A RU2549611C2 RU 2549611 C2 RU2549611 C2 RU 2549611C2 RU 2013112459/28 A RU2013112459/28 A RU 2013112459/28A RU 2013112459 A RU2013112459 A RU 2013112459A RU 2549611 C2 RU2549611 C2 RU 2549611C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calorimeter
active elements
emission
electrodes
absorber
Prior art date
Application number
RU2013112459/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013112459A (en
Inventor
Виктор Иванович Крышкин
Виктор Васильевич Скворцов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий
Priority to RU2013112459/28A priority Critical patent/RU2549611C2/en
Publication of RU2013112459A publication Critical patent/RU2013112459A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549611C2 publication Critical patent/RU2549611C2/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to acceleration engineering and can be used in nuclear physics and astrophysics. An emission calorimeter for measuring particle energy is a sandwich of an absorber and active elements arranged perpendicular to incident particles, wherein the active elements consist of two electrodes separated by a gas gap of about 100 mcm at atmospheric pressure. One of the electrodes is connected to a voltage source of about 50 kV/cm and the other is connected to an amplitude analysis unit.
EFFECT: simple design of the device, improved time resolution and high radiation resistance.
1 dwg

Description

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ядерной физике и астрофизике.The invention relates to accelerator technology and can be used in nuclear physics and astrophysics.

Известно устройство (К. Клайнкнехт. Детекторы корпускулярных излучений. Издательство ″Мир″, 1990, с.166) для измерения энергии частиц, состоящее из слоев поглотителя и активных элементов (сандвич), установленных перпендикулярно пучку падающих частиц. В качестве активных элементов чаще всего используются сцинтилляторы, свет с которых собирается переизлучающими волокнами и регистрируется фотодетекторами (фотоумножителями). Радиационная стойкость (уменьшение световыхода в е раз) лучших сцинтилляторов не превышает 5 Мрад. Кроме того, длительность импульса с таких детекторов около 70 нс (по основанию), что при больших потоках частиц (как, например, на современных коллайдерах) приводит к недопустимым просчетам. Дополнительная трудность в использовании таких детекторов связана с фотодетекторами. Наиболее распространенными фотодетекторами являются фотоумножители, которые чувствительны к магнитным полям и требуют магнитной экранировки, что очень трудно реализовать при магнитных полях сверхпроводящих магнитов.A device is known (K. Kleinknecht. Particle radiation detectors. Mir Publishing House, 1990, p.166) for measuring particle energy, consisting of layers of an absorber and active elements (sandwich) mounted perpendicular to a beam of incident particles. Scintillators are most often used as active elements, the light from which is collected by re-emitting fibers and detected by photodetectors (photomultipliers). Radiation resistance (reduction of light output by e times) of the best scintillators does not exceed 5 Mrad. In addition, the pulse duration from such detectors is about 70 ns (at the base), which leads to unacceptable miscalculations at high particle fluxes (as, for example, on modern colliders). An additional difficulty in using such detectors is associated with photo detectors. The most common photo detectors are photomultipliers, which are sensitive to magnetic fields and require magnetic shielding, which is very difficult to realize with magnetic fields of superconducting magnets.

С другой стороны, предложено устройство (С. Adloff, D. Attle, J. Blaha et al. arXiv: 3197v2) для измерения энергии частиц, состоящее из микрозазорных газовых камер.On the other hand, a device is proposed (C. Adloff, D. Attle, J. Blaha et al. ArXiv: 3197v2) for measuring particle energy, consisting of micro-gap gas chambers.

У такого устройства имеются следующие недостатки:Such a device has the following disadvantages:

1) сложная конструкция детектора, содержащего много элементов;1) the complex design of the detector containing many elements;

2) длительность сигнала определяется дрейфовым зазором и при минимальном зазоре 3 мм будет равняться около 60 нс (скорость дрейфа в газе около 20 нс/мм);2) the signal duration is determined by the drift gap and with a minimum gap of 3 mm will be about 60 ns (the drift velocity in the gas is about 20 ns / mm);

3) в газовом зазоре реализуются случаи рассеяния электрона газа под большим углом относительно частицы ливня, у такой частицы большой пробег в газе соответствует аномально большому эффективному энерговыделению (″Техасские башни″), что резко ухудшает энергетическое разрешение калориметра.3) in the gas gap, there are cases of electron scattering of a gas at a large angle with respect to a shower particle; for such a particle, a large range in the gas corresponds to an abnormally large effective energy release (“Texas Towers”), which sharply affects the energy resolution of the calorimeter.

Задача, решаемая изобретением - резкое упрощение конструкции активного элемента, уменьшение разрешающего времени (длительности импульса) и подавление ″Техасских башен″.The problem solved by the invention is a sharp simplification of the design of the active element, reducing the resolution time (pulse duration) and suppressing the "Texas Towers".

На чертеже изображено заявляемое устройство. Оно включает поглотитель 1 и активный элемент 2, который состоит из двух электродов, наполненных газом (неон, аргон, гелий и т.д.) при атмосферном давлении и разделенных зазором около 100 мкм, на один из них подается напряжение порядка 50 кВ/см, а с другого электрода снимается сигнал для амплитудного анализа.The drawing shows the inventive device. It includes an absorber 1 and an active element 2, which consists of two electrodes filled with gas (neon, argon, helium, etc.) at atmospheric pressure and separated by a gap of about 100 μm, a voltage of about 50 kV / cm is applied to one of them , and a signal for amplitude analysis is taken from another electrode.

Калориметр работает следующим образом. Частицы ливня, образуемого электронами или адронами, выбивают из материала поглотителя на границе с активным элементом электроны вторичной эмиссии малой энергии (~эВ). Они попадают в газовый объем активного элемента, где в сильном электрическом поле усиливаются в 104-105. Вероятность высокоэнергетичной частицы произвести в этом зазоре ионизацию мала и, кроме того, равномерно распределена по длине зазора, что делает сигнал от этой частицы пренебрежимо малым по сравнению с электроном вторичной эмиссии. Поскольку число электронов вторичной эмиссии пропорционально числу ливневых частиц, то измеряемая амплитуда электронов вторичной ионизации будет пропорциональна энергии налетающей частицы.The calorimeter works as follows. Particles of a shower formed by electrons or hadrons are knocked out of the absorber material at the boundary with the active element, low-energy secondary emission electrons (~ eV). They fall into the gas volume of the active element, where in a strong electric field they amplify in 10 4 -10 5 . The probability of a high-energy particle to produce ionization in this gap is small and, in addition, evenly distributed along the length of the gap, which makes the signal from this particle negligible compared to the secondary emission electron. Since the number of electrons of secondary emission is proportional to the number of storm particles, the measured amplitude of the electrons of secondary ionization will be proportional to the energy of the incident particle.

Преимущества этого метода:Advantages of this method:

- очень простая конструкция активного элемента по сравнению со всеми существующими элементами;- a very simple design of the active element in comparison with all existing elements;

- радиационная стойкость превышает практические требования;- radiation resistance exceeds practical requirements;

- длительность сигнала на уровне наносекунд, а временное разрешение около 100 пс;- the duration of the signal at the level of nanoseconds, and the temporal resolution of about 100 ps;

- сильно подавлен эффект образования ″Техасских башен″;- The effect of the formation of ″ Texas Towers ″ was greatly suppressed;

- амплитудный спектр ионизационных потерь от электрона вторичной эмиссии не будет иметь распределения Ландау, поскольку в данном случае в газовом зазоре не будет происходить больших передач электронам газовых молекул. Таким образом, амплитуда сигнала с такого калориметра пропорциональна числу электронов вторичной ионизации (а не ионизационным потерям ливневых частиц, как в аналоговых калориметрах). И можно ожидать улучшения энергетического разрешения.- the amplitude spectrum of ionization losses from the secondary emission electron will not have a Landau distribution, since in this case large transfers of gas molecules to the electrons will not occur in the gas gap. Thus, the amplitude of the signal from such a calorimeter is proportional to the number of electrons of secondary ionization (and not to the ionization losses of storm particles, as in analog calorimeters). And an improvement in energy resolution can be expected.

Claims (1)

Эмиссионный калориметр для измерения энергии частиц, представляющий сандвич из поглотителя и активных элементов, расположенными перпендикулярно падающим частицам, отличающийся тем, что активные элементы состоят из двух электродов, разделенных газовым зазором около 100 мкм при атмосферном давлении, один из электродов подключен к источнику напряжения порядка 50 кВ/см, а другой электрод подключен к блоку амплитудного анализа. An emission calorimeter for measuring particle energy, representing a sandwich of an absorber and active elements located perpendicular to the falling particles, characterized in that the active elements consist of two electrodes separated by a gas gap of about 100 μm at atmospheric pressure, one of the electrodes is connected to a voltage source of about 50 kV / cm, and the other electrode is connected to the amplitude analysis unit.
RU2013112459/28A 2013-03-19 2013-03-19 Emission calorimeter RU2549611C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112459/28A RU2549611C2 (en) 2013-03-19 2013-03-19 Emission calorimeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112459/28A RU2549611C2 (en) 2013-03-19 2013-03-19 Emission calorimeter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013112459A RU2013112459A (en) 2014-09-27
RU2549611C2 true RU2549611C2 (en) 2015-04-27

Family

ID=51656298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013112459/28A RU2549611C2 (en) 2013-03-19 2013-03-19 Emission calorimeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549611C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1076774A1 (en) * 1982-12-08 1984-02-29 Всесоюзный Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского Calorimeter for measuring energy characteristics of helio-technological reflectors
EP1116942A1 (en) * 2000-01-14 2001-07-18 Seiko Instruments Inc. Calorimeter and manufacturing method thereof
RU2206905C2 (en) * 2001-07-16 2003-06-20 Государственный научный центр РФ "Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Procedure to calibrate calorimetric detector of pile radiation
RU2282213C2 (en) * 2004-10-26 2006-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии Calorimeter for pulse ionizing radiation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1076774A1 (en) * 1982-12-08 1984-02-29 Всесоюзный Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского Calorimeter for measuring energy characteristics of helio-technological reflectors
EP1116942A1 (en) * 2000-01-14 2001-07-18 Seiko Instruments Inc. Calorimeter and manufacturing method thereof
RU2206905C2 (en) * 2001-07-16 2003-06-20 Государственный научный центр РФ "Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Procedure to calibrate calorimetric detector of pile radiation
RU2282213C2 (en) * 2004-10-26 2006-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии Calorimeter for pulse ionizing radiation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013112459A (en) 2014-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Charpak et al. Micromegas, a multipurpose gaseous detector
Marinelli et al. Analysis of laser-generated plasma ionizing radiation by synthetic single crystal diamond detectors
Croci et al. nGEM fast neutron detectors for beam diagnostics
Girolami et al. Mosaic diamond detectors for fast neutrons and large ionizing radiation fields
Zhang et al. Detection of x-ray emission in a nanosecond discharge in air at atmospheric pressure
Fan et al. A position resolution MRPC for muon tomography
Akimov et al. Observation of delayed electron emission in a two-phase liquid xenon detector
George et al. Particle tracking with a Timepix based triple GEM detector
Aulchenko et al. Development of the microstrip silicon detector for imaging of fast processes at a synchrotron radiation beam
Oreshkin et al. Bremsstrahlung of fast electrons in long air gaps
Fan et al. Detection of low-energy charged-particle using the ΔE-E telescope at the Back-n white neutron source
Houry et al. DEMIN: A neutron spectrometer, Micromegas-type, for inertial confinement fusion experiments
RU2549611C2 (en) Emission calorimeter
Würl et al. Time-of-flight spectrometry of ultra-short, polyenergetic proton bunches
RU2616930C2 (en) Beam monitor
Najafi et al. CsI–Silicon Particle detector for Heavy ions Orbiting in Storage rings (CsISiPHOS)
Berra et al. LYSO crystal calorimeter readout with silicon photomultipliers
Wang et al. HARPO: beam characterization of a TPC for gamma-ray polarimetry and high angular-resolution astronomy in the MeV-GeV range
Wiggins et al. Optimizing the position resolution of a Z-stack microchannel plate resistive anode detector for low intensity signals
Adams et al. Photon detector system timing performance in the DUNE 35-ton prototype liquid argon time projection chamber
Vadas et al. High-rate axial-field ionization chamber for particle identification of radioactive beams
Vereshchagin et al. Recording the synchrotron radiation by a picosecond streak camera for bunch diagnostics in cyclic accelerators
Cutroneo et al. Proton emission from resonant laser absorption and self-focusing effects from hydrogenated structures
Deppner et al. Performance studies of MRPC prototypes for CBM
Woody et al. A prototype combination TPC Cherenkov detector with GEM readout for tracking and particle identification and its potential use at an electron ion Collider