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

лученные в США группой Джонса при помощи установки с искро­ выми камерами [112]. Энергия первичных частиц в [112] измеря­ лась калориметром площадью 6,25 м2, в котором детекторами ионизации служили сцинтилляционные счетчики. Широкозазорные искровые камеры с эффективной площадью 4 м2 были расположе­ ны над и под жидководородной мишенью. Часть эксперименталь­ ного материала была получена с углеродной мишенью. Геометриче­ ский фактор установки составлял 0,7 м2-стерад. Анализировались лишь события, вызванные заряженными первичными частицами. В результате получен значительный статистический материал о сечении неупругих протон-протонных соударений и множественно­ сти вторичных частиц в интервале энергий 1011 —ІО12 эв.

Фотографирование искровых камер производилось фотокамера­ ми, оптические оси которых располагались под углом 90° друг к другу. Так как изображение трека на одной из проекций не могло быть связано с изображением трека на другой (т. е. невозможна «нумерация»), авторам не удалось восстановить пространственную картину ливня [112]. Этот недостаток установки не позволил ис­ следовать угловые распределения ливневых частиц в индивидуаль­ ных событиях, так как была потеряна информация о полярных п азимутальных пространственных углах вылета этих частиц. В рабо­ те [112] получено лишь суммарное для всех ливней распределение проекционных углов вылета вторичных частиц.

Другим, на наш взгляд, недостатком этой установки является отсутствие возможности измерения такой важной энергетической

званных только заряженными частицами, не дает возможности ис­ следовать свойства пнон-нуклонных столкновений путем сопостав­ ления характеристик взаимодействия нейтральных и заряженных первичных частиц.

Таким образом, становится очевидным, что для перехода к ис­ следованию сильных взаимодействий пионов и нуклонов в области энергий от сотен до нескольких тысяч гигаэлектронвольт необходи­ мо создание установок нового типа, в которых «быстрый» детек­ тор энергии сочетается с искровыми камерами, покрывающими площадь до десятка квадратных метров. С этой целью в 1963 г. на высокогорной станции «Кум-Бель» нами были начаты работы по созданию установки, предназначенной для изучения характери­ стик неупругого взаимодействия адронов космического излучения при энергиях 2-10п—2-1012 эв и возможного механизма прямой генерации мюонов в области энергий ІО12—ІО13 эв.

Проект установки и программа экспериментов изложены в ра­ ботах [95—97]. В создании установки, введенной в действие в 1969 г., принимали участие авторы настоящей работы и научные сотрудники лаборатории космических лучей ИЯФ АН УзССР

8

л. М. Абдуллаев, В. М. Мялковскип, Э. Муллажонов, Д. Талипов,

ав различные периоды работы установки — Р. Бейсембаев, Э. Хеи

иФ. Улимаева.

§ 2. Описание установки

слоя по 5 см с воздушным промежутком в 3 см для более надеж­ ного выделения вторичных взаимодействий внутри мишени.

Для изучения механизма внутриядерных взаимодействий в ка­ честве мишени из тяжелых ядер использовались два слоя железа толщиной 1 см. Взаимодействия космических частиц с ядрами А1

иSi изучались путем отбора ливней, генерированных в электродах

истенках искровых камер. Информация о вторичных частицах по­ лучалась при помощи нижних двух рядов искровых камер общей площадью по 1,8 м2. Эти камеры, изготовленные целиком из стекла

Q

и наполненные неоном особой чистоты, сдвинуты на небольшое расстояние относительно друг друга, чтобы перекрыть имеющиеся между ними зазоры в центре установки. Ширина межэлектродного промежутка равна 15 см, а длина трека в нижней искровой каме­ ре — 30 см.

Электроды камер изготовлены из листов дюралюминия толщи­ ной 1,5 мм и выступают на 10 см от края. Искровые камеры, при-

Рис. 2.

меняемые в установке, носят название разрядных камер, так как металлические электроды отделены от газа камеры диэлектриком. Как было показано в работе [108], эффективность регистрации большого числа частиц, одновременно пересекающих объем таких камер, близка к 100%. Важным преимуществом разрядных искро­ вых камер является лучшая, чем у обычных камер, однородность яркости треков ливневых частиц. На рис. 2 а приведены фотогра­ фии ливневых частиц в разрядных искровых камерах, полученных на описываемой установке, которые можно сравнить с фотография­ ми ливней в обычных широкозазорных камерах (рис. 2 б).

Ю

Искровые камеры верхнего и нижнего ряда питаются от отдель­ ных генераторов импульсных напряжении (ГИН), вырабатываю­ щих высоковольтные импульсы амплитудой-— 120 кв с длитель­ ностью переднего фронта, составляющей ~ 10—-20 нсек. Эти каме­ ры фотографируются с трех сторон четырьмя стандартными фотокамерами типа РФК-5, в которых применяются объективы «Мир-1» и «Юпитер-3», на аэрофотопленку чувствительностью 1000 ед. Оси фотокамер расположены под углом 90° друг к другу, что обеспечивает высокую точность восстановления глубинных координат. Еще одна фотокамера служит для получения третьей проекции изображения, необходимой для идентификации треков на различных проекциях («нумерации»).

Таким образом, в установке предусмотрена возможность про­ странственного восстановления картины ливня и тем самым полу­ чения информации о зенитных и азимутальных углах вылета вто­ ричных частиц. Для получения на одном кадре изображения верх­ него и нижнего рядов камер с целью уменьшения числа регистри­ рующих фотокамер и удобства их юстировки искровые камеры и мишень развернуты под некоторым углом. Угол наклона верхнего ряда камер составляет — 16°, а нижних—-— 3° с горизонталью. В связи с этим нижний ряд искровых камер находится на различ­ ных расстояниях от мишени; наибольшее расстояние от нижнего края мишени до дна нижней камеры составляет 90 см, а наимень­ шее — 40 см.

Под искровыми камерами расположены два тонких черенковскнх счетчика общей площадью 2,5 м2, экранированных 3-санти­ метровым слоем свинца. Они служат для измерения энергии, пере­ данной во взаимодействии я°-мезонам Ек„ , по числу частиц в

области максимума развития электронно-фотонных лавин. Счет­ чики изготовлены из двойных плексигласовых пластин, промежуток между которыми заполнен порошком окиси магния. В противопо­ ложных стенках каждого счетчика вмонтированы фотоумножите­ ли типа ФЭУ-49 диаметром 150 мм. Для оптического контакта между катодом фотоумножителя и окном черенковского счетчика используется глицерин. В качестве радиатора применяется дистил­ лированная вода, которая наливается в счетчик до уровня 6 см,

железа, под которым расположен ряд гейгеровских счетчиков Г|. включенный в канал антисовпадений.

Дополнительно над тонкими черепковскими детекторами распо­ ложены ионизационные камеры диаметром 10 см (ряд I), которые

личными детекторами, что позволяет улучшить надежность изме­ рений.

11

Далее следует детектор энергии первичных частиц Е0, пред­ ставляющий собой сочетание черенковского спектрометра полного поглощения с ионизационным калориметром. Такой комбинирован­ ный метод измерения энергии позволяет осуществлять совместную работу искровых камер с детектором энергии в различных режи­ мах. Например, при изучении углового распределения ливневых частиц, когда требуется хорошее качество треков, искровые каме­ ры работают в режиме малых задержек 1,2 мксек) в подаче высоковольтного импульса на электроды искровых камер. В этом случае в качестве детектора энергии используется лишь «быстрый» черенковский спектрометр.

При постановке других задач искровые камеры могут работать совместно с ионизационным калориметром с задержкой в подаче высоковольтного импульса, равной ~ 20 мксек. Причем совместная работа искровых камер с детектором энергии осуществляется без применения в установке систем экранирования. С другой стороны, одновременное применение двух независимых методов измерения первичной энергии способствует не только повышению надежно­ сти оценки Е0, но и определению доли энергии, передаваемой сильноионизующим частицам в ионизационном калориметре.

Детектор энергии состоит из пяти рядов счетчиков Черенкова и девяти рядов ионизационных камер, расположенных между черенковскими счетчиками и слоями железа. В каждом ряду уста­ навливалось по три счетчика Черенкова, представляющих собой металлические баки, сваренные из нержавеющей стали и выло­ женные внутри белыми отражающими поверхностями. Счетчики имеют размеры 60X60X300 см3 и наполняются перегнанным четыреххлористым углеродом. Черенковское свечение регистриру­ ется двумя фотоумножителями типа ФЭУ-49, расположенными в торцовых стенках счетчиков. Характеристики таких детекторов рассмотрены в [2]. Между черенковскими счетчиками расположено 5 рядов ионизационных камер типа ИК-6, изготовленных из вол­ новодов сечением 110X54 мм2 и длиной 3 м. Центральным электро­ дом в камерах служит латунная трубка диаметром 3 мм. В каж­ дом ряду размещено по 25 ионизационных камер, причем оси камер в соседних рядах взаимно перпендикулярны. Под черенков­ скими детекторами расположено дополнительно 3 ряда цилиндри­ ческих ионизационных камер типа ИК-8, экранированных слоями железа по 10 см. Диаметры камер типа ИК-8 составляют 10 см при длине 330 см. Всего в каждом ряду расположено по 30 таких камер. Общая толщина черенковского спектрометра полного по­

железный фильтр весом 200 т. Высота его составляет 2 м, что соот­ ветствует ~ 1500 г/см2 железа. Этот фильтр служит для поглоще­ ния ядерно-актнвных частиц и электронно-фотонных лавин, гене­ рированных в установке. Под фильтром находится детектор ц-ме-

12