Файл: Азимов С.А. Неупругие соударения частиц большой энергии с нуклонами и ядрами.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.07.2024

Просмотров: 79

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Пусть на черепковский детектор, расположенный на глубине / свинцового поглотителя, падает N е(Е, t) электронов и N (Е, t)

фотонов. Возникающая при этом вспышка черенковского свечения будет пропорциональна суммарному пробегу электронов в веще­ стве радиатора. Рассмотрим, какому числу проникающих частиц будет соответствовать полное число электронов у границы детек­ тора.

Электроны с энергией Е > Е ь достаточной для прохождения всей толщины детектора, вносят полный вклад в регистрируемое число -проникающих частиц. В данном случае величина Ех с уче­ том потерь энергии в стенке счетчика составляет 16 Мэв. Боль­ шинство электронов в максимуме развития каскада имеют энергии

Е < Е 1 и, обладая небольшими пробегами в веществе

детектора,

дают меньший вклад в число проникающих частиц.

Некоторая

доля проникающих частиц создается также за счет фотонов, гене­ рирующих в радиаторе комптон-электроны и электрон-позитрон- ные пары.

Таким образом, суммарное число проникающих частиц равно

N. (Е, 0 = A W, + А Аг, + А Д/:і + д ,Ѵ4,

где Д/Ѵ[ — число проникающих частиц, возникающих за счет элек­ тронов с Е^>ЕI, ДДГ2 — за счет электронов с Е < Е Х, ДМ3— комптонэлектронов, Д;Ѵ4 — электрон-позитронных пар.

Так как проникающая частица высокой энергии излучает на своем пути фиксированное количество фотонов черенковского све­ чения, то, пользуясь зависимостью пробега электронов в детекторе (т. е. числа излучаемых фотонов пт (£)) от их энергии, можно вы­ разить суммарный пробег электронов в некотором числе прони­ кающих частиц. Зависимость числа излучаемых фотонов // {Е)

в веществе радиатора (7 см воды) от энергии электронов вычи­ слялась согласно [62].

Для определения числа проникающих частиц .Ѵе использова­ лись энергетические спектры электронов и фотонов прямого тока,

вычисленные по методу Монте-Карло до

энергии

«обрезания»

—1,5 Мэв для электронов и — 0,25 Мэв для

фотонов

при

первич­

ной энергии £о=Ю 9 эв [123]. Обратный ток не учитывался,

так как

согласно [85] помещение ионизационной камеры с медными стен­ ками толщиной 0,25 см уже снижало величину ионизации от элек­ тронов обратного тока до —2%. Наличие плексигласового дна че­ ренковского счетчика толщиной 5 мм должно приводить к еще меньшему влиянию электронов обратного тока.

Величина ДДД дающая наибольший вклад в число проникаю­

щих частиц, составляет—60% от N c в максимуме каскада.

При

этом учитывается средний угол рассеяния электронов в ливне]

Ѳ2 .

Согласно [30] этот угол для частиц с £]>16 Мэв составляет 23°. Вклад в величину ДАД дают электроны с энергией 1 Мэв<Е< <16 Мэв. Электроны с £ < 1 М?з поглощаются в крышке счетчи­

ка. При вычислении ANоотпадает необходимость учета угла рассея­ ния частиц, так как пробеги электронов с Е < Е { не превышают высоты радиатора.

Для оценки величины AN3 энергия комптон-электронов £ е comp определялась как

 

 

^е comp “

а (^т )

»

 

 

где Е

— энергия

падающих

фотонов,

а

коэффициент

а(Е..),

зависящий от Е ,

взят из работы [61].

 

 

 

Поскольку вероятность компгои-эффекта аСОтр сильно зависит

от Е ,

то энергетический спектр фотонов разбивался на ряд дос­

таточно

мелких интервалов,

в пределах

которых аСОтр

можно

считать постоянной величиной, а энергии фотонов брались равны­ ми средней энергии для данного интервала.

Аналогичные соображения лежали в основе

вычисления ДЛД

Значения

сечений

комптон-эффекта

сгСотр и образования

пар

ар

для

воды

при

различных

к

 

 

 

 

энергиях

фотонов

взяты

из ра-

 

 

 

 

боты [61].

вычислении

переходно-

6 '

 

 

 

 

При

 

 

 

 

го коэффициента

 

 

 

 

 

 

 

 

число проникающих частиц срав­

 

 

 

 

 

нивалось с числом частиц в мак­

 

 

 

 

 

симуме

ливня

N т, определяемом

 

-I-----1

1 I

I

 

из работы [63]. Измерения числа

0.5

0,7

0.9.

1,1

$

лавинных

частиц

 

детектором,

 

 

 

 

 

расположенным под одним слоем

 

Рис. 18.

 

 

фильтра,

эквивалентны

измере­

 

 

 

 

 

ниям при фиксированной энергии

первичных фотонов, но при различных значениях параметра s, ха­ рактеризующего возраст лавины.

Зависимость переходного коэффициента к от параметра s, вы­ численного для одиночных фотонов, изображена на рис. 18. Как видно из рисунка, величина к мало меняется в интервале s = = 0,5—1,0.

При регистрации ядерных взаимодействий в мишени генериру­ ется несколько у-квантов от распада я°-мезонов, распределенных по энергетическому спектру. В связи с этим величина к была вы­ числена для электромагнитных ливней, берущих начало от у-кван- тов, имеющих энергетическое распределение [74]. На рис. 19 при­ ведены зависимости переходного коэффициента к от энергии элек­ тромагнитных лавин Е , вызванных одиночными у-квантами (кри­

вая 1) II спектром у-квантов (кривая 2) для водяного чёренковского детектора толщиной 7 г/см2, расположенного под свинцовым

93

фильтром толщиной ö рад. ед. Зависимость параметра s от I и Е принималась согласно [42].

Как видно из полученных данных, величина к остается прак­ тически постоянной для довольно широкого интервала энергий. В связи с этим для коэффициента k была принята величина 2,7, равная среднему значению в измеряемом интервале энергий

=30—300 Гэв. Вычисленное значение к совпало с эксперимен­

тальным, полученным путем сопоставления энергий электронно­ фотонных ливней, измеренных черепковским спектрометром п ио­ низационным калориметром на данной установке.

§ 3. Экспериментальные данные о Кг„

Для изучения парциального коэффициента неупругости К^о были рассмотрены ливни с £о>180 Гэв, образованные в па­

рафиновой и железной мишенях, а также ливни, генерированные в стеклянных стенках и алюминиевых электродах искровых камер. За все время работы установки для анализа было отобрано 626 ливней с надежно идентифицированным зарядом первичных частиц.

Рассмотрим распределение парциального коэффициента неуп­ ругости К гаДх, полученное без введения поправок папоследую­

щие взаимодействия в верхних фильтрах установки. На рис. 20,. где по оси абсцисс отложена величина КтІх, а по оси ординат —

число событий, приведены распределения /С"ДХ для взаимодей­ ствий адронов с ядрами парафина (СН2), алюминия и железа. Ри-

94

сунки с индексами а относятся к взаимодействиям всех первичных

частиц, б — к

столкновениям заряженных (сплошная линия) н

нейтральных

(іпунктир-ная) первичных частиц, в — к взаимодейст­

виям избытка заряженных частиц, т. е. пион-ядерным

соударени­

ям. Как видно из этих рисунков, распределения

 

Для ней-

трон-ядерных п пион-ядерных взаимодействий

имеют

различный

Рис. 20.

характер. В то время как для нейтронных взаимодействий А'™;1

практически обрывается на значении 0,6, в распределении для

•пионных взаимодействий наблюдается заметная доля событий с >0,6. Следует отметить, что наблюдаемое различие в рас­

пределениях К _о для іпионных и нуклонных взаимодействий со­

храняется и при переходе к тяжелым ядрам. Однако форма рас­ пределения /С™ох оказывается практически одинаковой при срав­

95

нении соответствующих распределений для

легких

и тяжелых

ядер.

 

 

 

 

 

 

Средние значения

парциальных

коэффициентов

неупругости

получены из соотношения

 

 

 

 

 

F'

~ Т-піах

’

 

 

 

'Мч —

 

 

 

 

где ап — коэффициент,

учитывающий

 

«подпитку», т. е. вторичные

взаимодействия ливневых частиц в

мишени,

веществе искровых

камер и 3-сантиметровом слое свинца, расположенном над тон­ кими черепковскими счетчиками, предназначенными для измере­ ния о. Расчетное значение ап оказалось слабо зависящим

от обычно

принимаемых значений полного коэффициента неупру­

гости (0,4—0,6), ср_едней множественности

ns, средней энергии

вторичных

частиц

и природы первичных

частиц. Оценки аи,

проведенные нами для взаимодействия адронов с ядрами парафи­ на, алюминия и железа при коэффициентах неупругости

ЛЛС,Ѵ> = 0,45; < 4 f ) > = 0,50;

= 0,60,

дали следующие значения:

-0,74; а* =0,79; о*1= 0,81.

Полученные величины находятся в хорошем согласии с расче­ тами последующих взаимодействий, выполненных в [86] методом Монте-Карло, при различных предположениях о характеристиках взаимодействия. Согласно [86], среднее значение «подпитки» слабо зависит от параметров взаимодействия, а погрешность, связанная с оценкой а„, не превышает 10%. Поскольку в [86] количество ве­ щества с мишенью из LiH, расположенного над свинцовым фильт­ ром, эквивалентным 6 рад. ед., близко к условиям настоящего эксперимента, то оказалось возможным прямое сравнение указан­ ных расчетов с проведенными нами оценками ап.

Если рассматривать варианты расчета «подпитки» без учета сплшоионизующих частиц (что соответствует нашим условиям из­ мерений), то полученная из работы [86] величина аи практически совпадает с указанной выше оценкой. В среднее значение К_0

вводилась также поправка, учитывающая потерю некоторого чис­ ла событий с очень малыми передачами энергии я°-мезонам, и сос­ тавляющая <0,025. Просчет таких событий мог возникнуть из-за

требования

энерговыделения

~5

Гэв в тонких

черепковских

счетчиках,

служащих для измерения

Оценки,

проведенные

после запуска второго варианта установки, для срабатывания ко­ торой уже не требовалось энерговыделения в тонких черепковских детекторах, показали, что эта поправка составляет ~ 5% к сред­

нему значению К

96

Приведем экспериментальные данные о средней величине пар­ циального коэффициента неупругостн для взаимодействия всех

первичных

частиц

< Д-о > 0і

заряженных

частиц

< Д -«

> 3ар,

нейтронов

< Д Яо > п

и пионов

<К-° > - с

ядрами

парафина,

алюминия

и железа,

а также

соотношение

заряженных и ней­

тральных первичных частиц Nc /ІѴ„ и суммарное

число ливней N0

(здесь приведены лишь статистические ошибки,

поскольку

систе­

матические ошибки во всех измерениях с различными мишенями II сортами частиц близки друг к другу) [19, 20]:

V

О Л к“

<Д - 0 > зар

<Д , о > л

£ V

А

N' l " n N a

- C H - ,

A l

F e

0 , 2 2 + 0 , 0 1

0 , 2 4 + 0 , 0 2

0 , 2 5 + 0 , 0 2

0, 2 4 + 0 , 0 1

0 , 2 7 + 0 , 0 2

0 , 2 7 ± 0 , 0 2

0 ,1 7 ± 0 , 0 1

0 , 1 8 ± 0 , 0 2

0 , 1 9 + 0 , 0 2

0 , 3 2 + 0 , 0 3

0 , 3 7 + 0 , 0 5

0 , 3 7 + 0 , 0 5

2 , 2 + 0 , 0 3

2 ,1 ± 0 , 4

2 ,1 + 0 , 4

349

139

140

Как видно из полученных результатов, величина Д я° сильно зависит от природы ливнегенерирующих частиц; средние значе­ ния <Дя» ]> для пион-ядерных взаимодействий в 2 раза превы­ шают соответствующие значения в случае нейтрон-ядерных взаи-

7 -1 0

97

Смотрите также файлы