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

4. П о п р а в к и на с и с т е м а т и ч е с к о е з а в ы ш е н и е Еп Одна из причин завышения первичной энергии связана с особенно­ стями системы регистрации импульсов от черенковских детекторов. Амплитудные измерения, проводимые на дискретных уровнях, при­ водят к систематическому завышению энергии Д£ув пример­ но на 6%.

Другим источником завышения Е0 может служить совместное воздействие круто падающего спектра ядерно-активных частиц и ошибки в измерениях энергии индивидуальных ливней. Если пред­ положить, что ошибки в измерении первичной энергии 8{Е0) удов­ летворяют распределению Гаусса, а показатель дифференциаль­ ного энергетического спектра ливнегенерирующих частиц равен у= 2,7, то величина завышения Е0 вследствие указанного эффекта АЕуп составит 8%.

Поскольку рассмотренные поправки, вводимые для учета систе­ матического занижения и завышения энергии Ео, имеют близкие значения, происходит их взаимная компенсация. В таком случае

Ионизационный калориметр, используемый в установке, состоит из семи рядов ионизационных камер (см. рис. 1). Первый ряд (I), расположенный под тонким черепковским детектором, со­ держит 22 ионизационные камеры, изготовленные из латунных труб диаметром 97 мм и длиной 1200 мм на заводе «Физприбор». Толщина стенок — 2 мм. Собирающим электродом является латун­ ная трубка диаметром 4 мм. Камеры наполнялись чистым аргоном до давления Р = 5 атм. Электрическая емкость камер — 61 пф; на собирающие электроды подается высокое напряжение от батарей.

Ионизационные камеры, начиная со II по VI ряд, имеют длину 3 м. Эти камеры изготовлены из медных волноводов сече­ нием 54ХІЮ мм2 и наполнены аргоном до давления 5 атм. Толщи­ на стенок — 2,5 мм, диаметр собирающего электрода — 3 мм. Седьмой ряд (VII) состоит из цилиндрических ионизационных ка­ мер диаметром 97 мм при длине 3300 мм. Оси камер соседних рядов перпендикулярны друг другу, что позволяет разделять лави­ ны от нескольких ядерно-активных частиц, падающих на установ­ ку. При совместной работе ионизационного калориметра с искро­ выми камерами точность следования трека по направлению

28

движения частиц становится неудовлетворительной из-за больших задержек ( ~ 20 мксек) во времени подачи высоковольтного им­ пульса. В этом случае искровые камеры дают информацию лишь о наличии заряда у первичной частицы и факте взаимодействия ее с ядрами мишени. Место прохождения лавин в детекторе энер­ гии определяется по ионизационному калориметру.

Энергия Ер, регистрируемая ионизационным калориметром, также складывается из энергии, выделяющейся в верхних фильт­

тивистских частиц в области максимума развития электронно-фо­

ряда. При этом коэффициентом К' учитывается переходный эф­ фект свинец — медь, который, согласно результатам, полученным на электронном ускорителе, для области максимума каскадного ливня равен 1,7. Следовательно, N m =к'пр,ч.

Если релятивистские частицы на своем пути через камеру об­ разуют Na пар ионов, выделяя при этом заряд Q = Nne (е — заряд электрона в кулонах), то величина импульса напряжения, возни­

меры, входных цепей усилителя и монтажа, см; -ш=26,4- aefnapy — энергия, затрачиваемая на образование пары ионов в аргоне.

Таким образом, измерение суммарной величины импульса ѵ.

от ионизационных камер дает число релятивистских частиц, воз­ никающих в верхних фильтрах установки:

Поскольку для прямоугольных ионизационных камер трудно получить величину среднего пробега частиц с достаточной сте­ пенью точности, расчет энергии, регистрируемой калориметром, производился аналогично [44].

29

Рассмотрим эквивалентную схему входной цепи усилителя канала регистрации, приведенную на рис. 5. Здесь Ск — емкость

ионизационной камеры, С = 4,5 пф — емкость промежутка „ох­

ранное кольцо — собирающий электрод камеры“, через которую подаются градуировочные импульсы от контрольного генератора ГКИ; С — разделительная емкость, равная 390 пф; Свх —емкость

монтажа и входной цепи усилителя.

Пусть С0 — суммарная емкость, включающая емкость камеры монтажа и входа усилителя (с учетом разделительной емкости).

Рис. 5.

Тогда градуировочный импульс ѵ , поступающий с генератора, создаст на входе усилителя сигнал ѵвх, равный

_ О-р

V, С0+ Сгр гр-

С другой стороны, „толчок“ в ионизационной камере, выз­ ванный ливневыми частицами, создаст на входе усилителя им­ пульс

где ѵ~ — 0,85 для ионизационных камер прямоугольного сечения [93]. Тогда число пар ионов, образованных в камере, исходя из величины градуировочного сигнала, можно определить как

Поскольку поглотителем для данного калориметра служит вещество черенковских детекторов — СС14 вместе со стенками

30

оПО ГЛ

где Хо — толщина вещества спектрометра, г/см2.

Таким образом, энергия, регистрируемая ионизационным кало­

Поправку на нерегистрируемую долю энергии, затраченную на ядерные расщепления и составляющую ~ 40% от энергии Eh, вводили отдельно для нейтральных и заряженных первичных час­ тиц в соответствии с расчетами, опубликованными в работе [21].

Поправка на пронос энергии через нижнее основание установ­ ки и связанная с этим ошибка в измерении первичной энергии равны 8 и 10% соответственно.

П оправка~ 6% возникает из-за порога регистрации отдельно­ го канала усилителя, так как импульсы от ионизационных камер, удаленных от ствола лавин, не регистрируются, если амплитуда их не превышает некоторого порога.

Учитывались также эффекты, приводящие к завышению пер­ вичной энергии. Одна из таких поправок (~ 6 % ) возникает из-за особенностей системы регистрации импульсов, другая (—8%) —■ вследствие влияния круто падающего энергетического спектра при наличии погрешностей в измерении энергии отдельных ливнегене­ рирующих частиц. Суммарная ошибка в определении энергии пер­ вичных частиц каждым методом составляет ~ 23%.

31

§ 6. Сопоставление результатов измерения энергии двумя методами

Сопоставление энергетических измерений, выполненных двумя независимыми методами, описанными ранее, позволяет экс­ периментально исследовать вопрос о доле энергии, затрачиваемой на ядерные расщепления в ионизационном калориметре (т]Л), оце­ нить величину переходных эффектов, возникающих в детекторе энергии.

При измерении энергии ядерно-каскадных лавин необходимо учитывать переходный эффект, возникающий в детекторе энергии из-за различия в критических энергиях вещества, спектрометра и металлических стенок черепковских счетчиков и ионизационных камер.

Переходные эффекты значительной величины возникают также при измерении энергии, передаваемой во взаимодействиях нейт­ ральным пионам, когда число релятивистских частиц в максимуме электромагнитного каскада определяется под 3-сантиметровым слоем свинца с помощью тонких черепковских счетчиков или иони­

зационных камер.

Для экспериментальной оценки указанных эффектов нами были проанализированы электронно-фотонные ливни, зарегистрирован­ ные при одновременной работе в установке черепковского спектро­ метра и ионизационного калориметра. При этом для более эффек­ тивной регистрации электромагнитных ливней верхний слой свин­ ца толщиной 2 см был приближен к первому ряду искровых камер на расстояние 30 см. Таким образом, суммарная толщина вещест­

ренковских детекторов, составляла 10,5 рад. ед. За электронно-фо­ тонные ливни принимались такие события, когда лавина начина­ лась в верхнем свинцовом фильтре, а в черепковском спектрометре наблюдался плавный спад кривой поглощения без вторичных мак­ симумов. Пробег для поглощения, полученный по усредненной каскадной кривой для этих ливней, оказался близким к пробегу электромагнитных ливней, что указывает на правильность крите­ рия отбора электромагнитных лавин. Таким способом было отобра­ но 83 ливня с энергией выше 90 Гэв.

Как отмечалось выше, энергия электронно-фотониых ливней при измерениях тонким черенковским детектором находится из выражения

^:т = о

ав случае регистрации ливней ионизационными камерами исполь­ зуется соотношение

«о-. -

32