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: 90

Скачиваний: 0

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

тивистской частицы через весь счетчик.

Этому

значению

соот­

ветствует энерговыделение Еп в = еД

^

150 Мэв,

где Д

— тол­

щина детектора (включая стенки);

е =

---- потери энергии ре­

лятивистской частицей при прохождении 1 г/см2 вещества. Если

гѵі — импульс, возникающий

в черенковском

детекторе при про­

хождении ливня, то энерговыделение

ливневых

частиц, регист­

рируемое

одним детектором, равно

 

 

 

 

 

 

Е[ = в N. Д л*.,

 

 

 

где

АЛ =

V,

 

 

 

 

 

 

---------суммарное энерговыделение, регистрируемое де-

 

 

ѵн. в

 

 

 

 

 

 

текторами, при прохождении ливня.

 

 

 

 

 

В свою очередь,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

где т — число детекторов,

 

і=1

 

 

 

 

охваченных ядерно-каскадным лив­

нем.

Вычисления критических

энергий

и радиационных единиц

для

четыреххлористого углерода

согласно

[50j

дали значения

ßccl< — 32,2 Мэв, tCCh = 20,2

г/см2, откуда

 

Мэв-см2/г,

 

 

еРс =

1,49 Мэв -см2/г.

 

 

Значение энерговыделения

Еч в

мишени,

стенках, электродах

искровых камер и свинцовых фильтрах измеряется с помощью во­ дяных черенковских детекторов. Поскольку в установке применяется тонкая мишень, этими счетчиками регистрируется в основном энерговыделение электронно-фотонных ливней от л°-мезонов, обра­ зованных в первичном взаимодействии в мишени и последующих вторичных столкновениях в верхних фильтрах установки. В связи с этим Еч составляет лишь часть от полной энергии, переданной во взаимодействии л°-мезонам Е-„:

Еч= а (ЕТа) я,о,

где а (f-o) — коэффициент, учитывающий долю энергии от Е_„, выделяемую в верхних фильтрах установки. Величина ErS>опре­

деляется по числу частиц в области максимума развития элек­ тронно-фотонных ливней Nm из соотношения

£-о = 0,1 N m(Гэв).

 

При определении величины Nm необходимо вводить

поправку

на переходный эффект свинец — вода, возникающую

в процессе

измерения числа каскадных электронов водяным черепковским де­ тектором толщиной 7 г/см2.

Если величина импульса ои.в, определяемая калибровкой тон­ кого детектора, эквивалентна световому потоку, испускаемому

2 і

проникающей частицей при прохождении полной толщины этого счетчика, то суммарный световой поток от всех регистрируемых ливневых частиц будет выражаться в некотором числе проникаю­ щих частиц, равном

где Уд — импульс, возникающий в детекторе при прохождении ливня.

Однако большинство ливневых частиц в свинце в области мак­ симума развития имеют малые энергии и поглощаются в веществе черенковского детектора за счет ионизационных потерь. Поэтому для вычисления величины N ,п необходим пересчет от числа прони­ кающих частиц Ne к числу электронов у границы детектора. Этот пересчет осуществляется при помощи коэффициента к = 2,7, теоре­ тические расчеты и экспериментальное определение которого при­ водятся при обсуждении вопросов, связанных с измерением вели­ чины К,° .

Таким образом, для величин N m и Е^0 получим следующие выражения

Величина а(£_„) является функцией энергии Ет„ , переданной

во взаимодействиях я°-мезонам. С ростом энергии электронно-фо­ тонных лавин область их максимума сдвигается в сторону больших значений радиационных единиц. Так как Е т.« измеряется в уста­ новке по числу регистрируемых частиц на одном уровне наблюде­

ния, то доля энергии,

выделяемая в верхних фильтрах,

будет

уменьшаться с увеличением Ег>° .

 

 

 

 

 

со

 

 

Если

величина £0

— і N (t) dt — площадь,

ограниченная

кас-

кадной

кривой,

а S. =

Г N (і) dt — часть этой

площади, измерен-

ная до уровня

 

о

 

 

наблюдения t0, то

 

 

При этом необходимо учитывать, что электромагнитные ливни вызываются не отдельными частицами, а группой фотонов яѵ от распада л°-мезонов. Поэтому расчет величины а(Е т.° ) произво­ дился для фотонов, распределенных по энергетическому спектру. Если энергетический спектр генерированных л°-мезонов является экспоненциальным, то спектр фотонов распада будет иметь вид [74J

24

где Е

— энергия фотонов; Е

— средняя

энергия; и = -3-,

и0 =

= -ң—

величины, характеризующие наклон экспоненты;

и0)

■^0

 

 

' у

интегральная экспонента.

 

 

 

Интегральный спектр дается выражением

 

 

Лт (> £ т ) = 2ns

+ — Я.

 

 

* гг

і

 

Этот спектр при гг>0,1 аппроксимируется экспонентой с наклоном (и0)т = 0,8«o- Однако использование спектра, нормированного к £о> неудобно по ряду причин.

Во-первых, Ео — первоначально неизвестная величина, подле­ жащая измерению. С другой стороны, спектры в пионных и нук­ лонных взаимодействиях различны. Как показано в [74], энергети­ ческие спектры удобнее нормировать не на Е0, а на суммарную энергию фотонов, генерированных во взаимодействии 2Д-, = £> (т. е. на величину, измеряемую в установке). В этом случае спект­

ры, нормированные на величину и' = ■£-, не будут

зависеть от

природы ливнегенерирующих

частиц.

 

Величина и'

связана с и

соотношением

 

 

и

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

Е

■£0

К-.t°

 

к и', связан

 

Наклон

спектра,

нормированного

 

с наклоном

спектра пионов таким образом:

 

 

 

 

 

 

и0 = 0,8 и0/ Кто.

 

Экспериментальные

данные

о

семействах

у-квантов с.

hE r >1000

Гэв дают для

гф значения

 

от 0,16 до 0,24 [107, 120].

Нами использовалась величина

u'Q= 0,20,

дающая разумные значе­

ния для К-« . если в области

энергий

£о = 400 Гэв для нуклон-

ядерных взаимодействий принять «о= 0,04, а для пион-ядерных — Но=0,10 [74].

При вычислении величины а(£-° ) учитывалась полная толщи­ на вещества верхних фильтров установки, эквивалентная 8 рад. ед. В расчетах использовались теоретические каскадные кривые, по­ лученные в работе [63] для одиночных фотонов в свинце при раз­

личных значениях

энергии £ т .

Для ряда

значений Ет по этим

каскадным кривым

находилась

соответствующая величина а (£, )

для одиночного фотона. Затем величины

(£_„) усреднялись по

указанному выше энергетическому спектру

фотонов от распада

я°-мезонов и определялась величина а .(2 £ )

для суммарной энер­

гии фотонбв Б £ т — £>.

Зависимости

расчетных величин а* (Ет ) и at (Ея° ) от энергии

в интервале от 1

до 500 Гэв можно аппроксимировать выражением

Величина Еч вычисляется с учетом этой зависимости.

Таким образом, энерговыделение, регистрируемое спектромет­ ром, можно представить в виде

т

 

* 2 N‘

+ ° '27 “ (£ =”) Ni ■

1=1

 

Очевидно, что при измерении Е0 не вся первичная энергия реги­ стрируется черенковским спектрометром: небольшая часть ее уно­ сится за пределы установки; энергия, передаваемая в ядерные рас­ щепления, вообще не регистрируется и т. д. Поэтому при определе­ нии полной энергии взаимодействия Е0 необходимо введение це­

лого ряда поправок.

я д е р н ы е р а с щ е п л е н и я

__ 1.

Эне р г ия , т е р я е м а я на

(Eh ).

Как известно, медленные

сильноионизующие частицы не

создают черенковского свечения и при измерениях Е0 энергия, за­

траченная на ядерные расщепления, Е,,

не регистрируется. В иони­

зационных калориметрах

регистрируется

около 60% этой энер­

гии, а остальная часть

расходуется

на

преодоление сил связи

нуклонов в ядре, возбуждение и другие процессы [72]. Поправка на долю энергии тр, = -р2-, теряемую на ядерные расщепления в черен-

ковском спектрометре, может быть лишь средней. Однако флукту­ ации в величине г)л приводят к погрешностям при определении Е0.

Как показывают

расчеты,

проделанные

в [21], ошибка бЛ в Ер,

возникающая по

этой причине, может

составлять — 10% при

энергии ~ 200 Гэв.

затрачиваемая на ядерные расщепления

Средняя доля энергии,

в ССЦ для первичного нуклона, согласно [21] может быть представ­ лена в виде

 

% = ° . 3 5 ( т а )

■

 

 

В случае

первичных пионов эта

величина несколько

меньше.

При определении Е0 черенковским спектрометром исходя

из

по­

следнего

соотношения поправка

на г)/;

вводилась отдельно

для

первичных нейтральных и заряженных частиц.

 

 

В дальнейшем величина т]Л была определена нами эксперимен­ тально путем сопоставления показаний черенковского спектромет­

ра и

ионизационного

калориметра. Экспериментальное значение

г1и оказалось близким к расчетному.

2.

П о п р а в к а

на в ыно с э н е р г и и за п р е д е л ы с п е к т

р о м е т р а (£вых)- Так как полная толщина спектрометра эквива­

26

лентна пяти пробегам для взаимодействия, в некоторых случаях электронно-ядерный каскад не успевает полностью поглотиться в веществе спектрометра. При этом необходимо учитывать две воз­ можности. С одной стороны, энергия может уноситься за пределы установки большим числом ливневых частиц невысокой энергии. Поправка на такой эффект может быть введена в каждом инди­ видуальном случае. Согласно проведенным оценкам для данного спектрометра она составляет примерно половину от энерговыделе­ ния в пятом ряду детекторов. Поэтому в случаях неполного по­ глощения электронно-ядерного ливня (о чем свидетельствует на­ личие энерговыделения в последнем ряду детекторов спектромет­ ра) величина Ер определялась из соотношения

т=4

Ер = « (£,,) Ет„ + е 2 А а- + 1,5 N s Д х5.

Поскольку для анализа отбирались также ливни, оси которых пересекали боковую поверхность спектрометра ниже половины че­ репковских счетчиков четвертого ряда, для этих событий величина £р поправлялась на фактор Иных, полученный экспериментально путем сопоставления энерговыделения лавин в части спектрометра с энерговыделением во всей его толщине.

Необходимо отметить, что поправки, вводимые в индивидуаль­ ных случаях, неполностью учитывают долю энергии, уносимую за пределы спектрометра. Иногда часть энергии может проноситься частицами высокой энергии, которые, сохраняя заметную долю Е0, не успевают создавать лавины в спектрометре из-за высоких флук­ туаций в параметрах взаимодействия. Поправка на такие собы­ тия вводилась в среднем. Согласно подробным расчетам ионизаци­ онного калориметра, проведенным методом Монте-Карло [35], н экспериментальным данным, полученным при помощи калориметра большой толщины [77], эта поправка ДЕпр для первичных пионов и

нуклонов

в

нашем случае должна составлять 7—10%,

а относи-

 

 

уЕ

 

тельная флуктуация проносимой энергии бВых g---------10% при

Е0>200 Гэв.

 

 

3.

П о п р а в к а , с в я з а н н а я с н а л и ч и е м п о р о г а р е г и ­

с т р а ц и и

р а д и о т е х н и ч е с к и х с х е м (А£Пор) •

Поскольку

измерительные каналы системы регистрации имеют конечную чувст­ вительность, измеряемая спектрометром энергия Е0 недомеряется на некоторую величину А ЕПорЭлектроникой черепковского спект­ рометра надежно регистрируются импульсы и, , эквивалентные прохождению через один детектор 25—30 проникающих частиц, что соответствует энерговыделению ~ 4 Гэв. Согласно проведен­ ным оценкам, при прохождении ливня через спектрометр в среднем в трех детекторах выделяется энергия, меньшая пороговой. В этом случае величина поправки ЕПОр будет составлять ~0,04 при энер­ гии Ео = 300 Гэв.

Смотрите также файлы