SU416648A1

SU416648A1 - Spectrometer of electrons and gamma-quants

Info

Publication number: SU416648A1
Application number: SU721842581A
Authority: SU
Inventors: А.С. Вовенко; М.Ф. Лихачев; И.А. Савин; Л.В. Сильвестров; М.Ф. Шабашов; В.П. Лупильцев; Д. Коллар; П. Павлович; Я. Ружичка; В.И. Сидорова; А.А. Тяпкин; В.П. Зрелов
Original assignee: Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date: 1972-11-01
Filing date: 1972-11-01
Publication date: 1984-03-23

Abstract

1. СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОНОВ И ГАММА-КВАНТОВ, содержащий черен- ковский излучатель, пластину из вещества с большим атомным номером.систеьгу светосбора и фотоумножители, отличаю щ н и с тем, что, с цепью снижени чувствительности спектрометра к фону медленных частиц, уменьшени поглощени света в излучателе и уменьшени его веса, в качестве черенковского излучател использована газова среда.2, Спектрометр по п.1, о т л и- чающийс тем, что, с целью улучшени его энергетического разрешени , он содержит несколько газовых промежутков, разделенных пластинами, суммарна толщина которых выбрана из услови полного развити электронно-фотонного ливн .С ?г~7-ев».V^54^О5о» 4^00>&1. ELECTRON AND GAMMA-QUANTUM SPECTROMETER containing a Cherenkov emitter, a plate of a substance with a large atomic number. A system for collecting light and photomultipliers that distinguish the spectrometer from the background of slow particles, reducing light absorption. a gaseous medium is used as a Cherenkov radiator in the emitter and reduction of its weight. 2. The spectrometer according to claim 1, which is designed in order to improve its energy resolution, contains several gaps, separated plates, the total thickness of which is selected from conditions of complete development of electron-photon shower .With r ~ 7 s ».V ^ 54 ^ O5o" 4 ^ 00 >? &

Description

1one

Изобретение относитс к технике детектировани и измерени энергий электронов и гамма-квантов высоких энергий.The invention relates to a technique for detecting and measuring the energies of electrons and high energy gamma quanta.

В изобретении усовершенствуетс один из видов спектрометров электронов и гамма-квантов, а именно ливневый черенковский спектрометр.The invention improves one of the types of electron and gamma-ray spectrometers, namely the Cherenkov storm spectrometer.

Известны спектрометры, в которых в качестве среды дл развити электронно фотонного ливн примен ютс слои вещества с большим атомным номеров .(свинец), а в качестве среды дл регистрации вторичных частиц ливн - твердьй или жидкий излучатель черенковского света.Spectrometers are known in which layers of a substance with a large atomic number (lead) are used as the medium for the development of electron-photon showers, and solid or liquid Cherenkov light emitters are used as the medium for detecting secondary particles of the showers.

Однако эти спектрометры чувствительны к фону медленных частиц, поскольку имеютсравнительно низкое значение пороговой скорости черенковского излучени . Например, дл случа излучени из оргстекла порогова скорость равна fb f,Qp 0,67, что соответствует энергии электрона ,2 МэВ, Я -мезона /vAa МэВ, протона 300 МэВ.However, these spectrometers are sensitive to the background of slow particles, since there is a comparatively low threshold value of the Cherenkov radiation. For example, for the case of radiation from plexiglass, the threshold velocity is fb f, Qp 0.67, which corresponds to the electron energy, 2 MeV, I -meson / vAa MeV, proton 300 MeV.

Дл случа вод ного излучател соответствующие энергии составл ют: дл электронов 0,3 МзВ, Л-мезонов л/ 80 МэВ и протонов МэВ.For the case of a water radiator, the corresponding energies are: for electrons, 0.3 MzB, L-mesons n / 80 MeV, and protons MeV.

Кроме фоновых частиц, скорость которых Лежит вьше .порогового значени ,, такие спектрометры регистрируют также некоторый процент частиц со скоростью ниже пороговой за счет дерных взаимодействий, происход щих как в пластинах свинца, так и в веществе излучател .In addition to background particles whose speed is above the threshold value, such spectrometers also record a certain percentage of particles at a speed below the threshold due to nuclear interactions occurring both in the lead plates and in the emitter material.

Чувствительность к фону медленных частиц затрудн ет или даже полностью исключает применение этих спектрометров в пол х интенсивных излучений, существующих, например, вблизи ускорителей, или в пучках частиц с преобладающим содержанием частиц других типов (мезонов, нуклонов ) .The sensitivity to the background of slow particles makes it difficult or even completely impossible to use these spectrometers in fields of intense radiation, existing, for example, near accelerators, or in particle beams with a predominant content of other types of particles (mesons, nucleons).

Другим их недостатком вл етс сравнительно большое поглощение света в излучателе, что приводит к ухудшению энергетического разрешени . При больших размерах спектрометров этот эффект будет вносить основной вклад во флуктуации, сопровождающие процесс преобразовани энергии первичной частицы в выходной и fflyльc фотоумножител . Напри iep5 при поперечных размерах излу66А82Their other disadvantage is the relatively high absorption of light in the emitter, which leads to a deterioration of the energy resolution. At large sizes of spectrometers, this effect will make the main contribution to the fluctuations accompanying the process of converting the energy of the primary particle to the output and the photomultiplier. For example, iep5 with transverse dimensions

чател пор дка метра ослабление видимого света в излучателе, определ емое как отношение интенсивности прошедшего данную средуchuler on the order of a meter attenuation of visible light in the emitter, defined as the ratio of the intensity of the past this medium

5 света к его первоначальной интенсивности , составит дл воды , а дл оргстекла / 63%. Таким образом, количество света от частиц,прошедших в разных точках излучател ,5 light to its original intensity, will be for water, and for Plexiglas / 63%. Thus, the amount of light from particles that have passed at different points of the radiator,

10 будет разнитьс в пределах 2030% .10 will differ between 2030%.

Наконец, к недостаткам этих спектрометров следует отнести их значительный вес, что имеет существенное значение, например, приFinally, the disadvantages of these spectrometers should be attributed to their considerable weight, which is essential, for example, when

установке таких приборов на космических объектах.installation of such devices on space objects.

Цель изобретени - уменьшение регистрируемого фона медленныхThe purpose of the invention is to reduce the recorded background of slow

20 частиц, уменьшение поглощени света в спектрометрах больших размеров и уменьшение их веса.20 particles, reducing the absorption of light in large-sized spectrometers and reducing their weight.

Это достигаетс за счет того, что в качестве среды дл регистра25 Ции вторичных частиц ливн используют газ и регистрируют черенковское излучение частиц в этой среде.This is achieved due to the fact that gas is used as the medium for the register of 25 Cs of secondary particles of showers and the Cherenkov radiation of particles in this medium is recorded.

Порогова скорость черенковского излучени дл газовой среды значительно выше, чем дл жидкой 1ши твердой. Например, дл воздуха при атмосферном давлении f,op 0,9997, что соответствует энерги м yu. , , Ц-мезонов и протонов соответственно 4,25 Гэв 5,6 Гэв 20 Гэв; 38 Гэв и энергии электронов или позитронов Мэв. В этом случае спектрометр не будет регистрировать мезоны и протоны с энергией нижеThe threshold velocity of Cherenkov radiation for a gaseous medium is significantly higher than for a liquid solid. For example, for air at atmospheric pressure f, op 0.9997, which corresponds to the energy yu. ,, C-mesons and protons, respectively, 4.25 GeV 5.6 GeV 20 GeV; 38 GeV and electron or positron energy MeV. In this case, the spectrometer will not register mesons and protons with energy below

Q А Гэв, в то врем как больша часть вторичных астиц электронно-фотонного ливн будет зарегистрирована.Q A GeV, while the majority of the secondary particles of the electron-photon shower will be recorded.

Число фоновых отсчетов, об занных дерным взаимодействи м, в свинцовых пластинах будет также значительно ниже за счет того, что подавл юща часть вторичных продуктов взаимодействий имеет скорость ниже порогового значени дл газовой среды.The number of background counts due to nuclear interactions in lead plates will also be significantly lower due to the fact that the overwhelming majority of secondary interaction products have a velocity below the threshold value for the gaseous medium.

Конструкци спектрометра приведена на чертеже.The design of the spectrometer is shown in the drawing.

Он имеет свинцовую пластину 1, газовый излучатель 2, зеркальное отражающее покрытие 3, плоское 4 и параболическое 5 зеркала системы светосбора, фотоумножитель 6, кожух 7 и дискриминатор 8. 3 Принима в качестве светоизлу- чающей среды воздух, оценим необходимую длину газовых промежутков и энергетическое разрешение спектрометра . В случае когда энерги первично электрона или гаммакванта превьпиае несколько Гэв, а число слоев свинца достаточно дл полного развити ливн , число вторичных частиц с энергией вьше 20 Мэв, составит м 7, too. Каждый электрон (позитрон) ливн при пробеге длиной Ц испустит и лучение Вавилова-Черенкова, которо при попадании на фотокатод фотоумножител создает число фотоэлектронов ; .(п-)е1., (1) где К - коэффициент, учитывающий спектральную чувствительность фотокатода и спектр излучени Вавилова-Черенк ва (дл фотокатода Sb-Cs входного окна из обычного стекла ,92, а дл ква цевого К 4,4), 5о интегральна чувствительность фотокатода, мка/лм; п - показатель преломлени га за в собирающей трубе, - коэффициент, учитывающий потери излучени до попадани в чувствительны слой фотокатода, . L. - длина газового радиатора , см. При числе электронов и позитронов ливн М статистические флуктуации в числе фотоэлектронов с фо токатода ФЭУ будут равны ( эл) Дл того, чтобы эти флуктуации не сильно ухудшали собственное ампли84 1удное разрешение фотоумножител , примем, что Hf Из этого услови и формулы (1) можно определить длину газовых промежутков Щ)2М5,К( (21 Если прин ть, что амплитудное разрешение современных фотоумножителей ограничено величиной ,06, то при М 100, К 4,4, мка/лм, ,910, 1 получим, что L 86 см (дл фотокатода из обычного стекла k 1,92 и при тех же остальных услови х L 200 см). При выполнении услови (2) 3jiepгетическое разрешение спектрометра будет определ тьс только флуктуаци ми числа частиц в ливне. Разновидностью предложенного спектрометра может вл тьс конструкци с одним газовым промежутком и одной пластиной-конвертором, толщина которой соответствует максимуму каскадной кривой. Предложенный спектрометр может примен тьс также и как низкофоновый детектор электронов и гамма-квантов высоких и сверхвысоких энергий, дл чего в цепь ФЭУ включаетс дискриминатор , порог которого установлен так, чтобы пропускать импульсы, соответствующие световыделению от электронно-фотонного ливн . В этом случае целесообразно использовать конструкцию с одной пластинойконвертором толщиной 2-4 радиационных единиц.It has a lead plate 1, a gas emitter 2, a specular reflective coating 3, flat 4 and parabolic 5 mirrors of the light collection system, a photomultiplier 6, a casing 7 and a discriminator 8. 3 We take air as the light-emitting medium, we estimate the required length of gas gaps and energy spectrometer resolution. In the case when the energy of the primary electron or gammaquant is more than a few GeV, and the number of layers of lead is sufficient for the full development of showers, the number of secondary particles with energy above 20 MeV will be m 7, too. Each electron (positron) of a shower, when run with a length of C, will also emit a Vavilov-Cherenkov radiation, which, when hit by a photocathode, a photomultiplier creates a number of photoelectrons; . (n-) e1., (1) where K is a coefficient that takes into account the spectral sensitivity of the photocathode and the Vavilov-Cherenkov radiation spectrum (for an Sb-Cs photocathode of an ordinary glass entrance window, K 4,4) , 5o is the integrated sensitivity of the photocathode, µa / lm; n is the refractive index of ha in the collecting pipe; is the coefficient taking into account the loss of radiation before entering the sensitive layer of the photocathode,. L. is the length of the gas radiator, see. When the number of electrons and positrons of the shower is M, statistical fluctuations in the number of photoelectrons from the photocathode of the photomultiplier are equal (el) so that these fluctuations do not greatly degrade the photomultiplier own resolution, of this condition and formulas (1), you can determine the length of the gas gaps (U) 2M5, K ((21 If we accept that the amplitude resolution of modern photomultipliers is limited to, 06, then at M 100, K 4,4, mka / lm,, 910 , 1, we obtain L 86 cm (for a photocathode of ordinary glass, k 1.92 and p Under the same other conditions, L 200 cm. When condition (2) is satisfied, the 3j resolution of the spectrometer will be determined only by fluctuations of the number of particles in the shower. A variation of the proposed spectrometer may be a design with one gas gap and one converter plate, the thickness of which corresponds to the maximum of the cascade curve. The proposed spectrometer can also be used as a low-background detector of high and ultra-high energy gamma quanta, for which a discriminator is included in the PM circuit; og which is mounted so as to pass pulses corresponding svetovydeleniyu from the electron-photon shower. In this case, it is advisable to use a design with one converter plate with a thickness of 2–4 radiation units.

Claims

1. ELECTRON AND GAMMA QUANTUM SPECTROMETER, containing a Cherenkov emitter, a plate of a substance with a large atomic number, • 4 a light collection system and photomultipliers, distinguished by the fact that, with the chain reducing the spectrometer sensitivity to the background of slow particles, reducing absorption light in the emitter and reduce its weight, the gas medium is used as the Cherenkov emitter.

2. The spectrometer according to claim 1, characterized in that, in order to improve its energy resolution, it contains several gas spaces separated by plates, the total thickness of which is selected from the condition for the full development of the electron-photon shower.