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

Для отобранных 60 ливней получены следующие значения: Q, = 94,1 ± 1,19-6,

Q,, = 97,4 + 1,1%.

Измерения показали, что ливневая эффективность рассматри­ ваемых камер не изменялась в течение всего эксперимента.

Нами исследовалась также зависимость ливневой эффективно­ сти этих камер от множественности вторичных частиц. Приведем экспериментальные данные относительно этой характеристики для разных количеств ливневых частиц:

Ливневая эффективность системы двух камер Q оказалась рав­ ной 99,5± 0,5%, т. е. близкой к 100% при регистрации частиц в широком интервале множественностей.

Важной характеристикой камер является также зависимость ливневой эффективности от угла наклона частиц относительно на­ правления электрического поля. Для исследования этого вопроса проводились измерения ливневой эффективности для частиц, летя­ щих под различными углами к плоскости электродов камер. При­ ведем результаты измерений для различных интервалов углов:

Как видно, ливневая эффективность камер остается высокой вплоть до углов 35—40J к направлению электрического поля.

Измерения эффективности регистрации одиночных заряженных частиц искровыми камерами, расположенными над мишенью, да­ ли значение 0В= 98±2%. Полученные результаты находятся в хо­ рошем согласии с работой [34].

§ 4. 0 точности локализации треков в искровых камерах

При проведении различного рода измерений с помощью искровых камер важное значение приобретает вопрос о точности следования искрового разряда по направлению движения частицы. Существенное влияние на эту величину оказывает крутизна перед­ него фронта высоковольтного импульса и задержка в подаче его на электроды искровых камер.

С увеличением времени задержки происходит диффузия элект­ ронов трека из области ионизованного канала, приводящая к

39

ухудшению качества искр и снижению их яркости. Однако вплоть до задержек — 20 мксек ливневая эффективность использованных камер оставалась достаточно высокой, хотя треки уширялись, ста­ новились извилистыми и гораздо хуже, чем при малых задержках, следовали вдоль траектории частиц.

Установкой регистрировались также ливни при задержке, со­ ставляющей 22 мксек. В данном случае искровые камеры, работав­ шие совместно с ионизационным калориметром, служили лишь для выяснения наличия заряда у первичной частицы и определения места генерации ливня, а стволы ядерно-каскадных лавин в детек­ торе энергии выделялись с помощью ионизационных камер.

Рекомендуемая некоторыми авторами добавка паров спирта к рабочему газу камеры улучшает локализацию треков при относи­ тельно небольших (т3<2 мксек) задержках, но в области больших задержек (т3— 204-30 мксек) ливневая эффективность и точность следования искры в направлении движения частиц становятся ху­ же, чем у камер, наполненных неоном. К тому же эта добавка за­ метно сокращает срок службы искровых камер, используемых в установках без перенаполнения в течение длительного времени. Эти данные хорошо согласуются с результатами работ [36, 68].

В процессе развития разряда электроны трека смещаются под действием внешнего поля. Это смещение вызывается очищающим действием переднего фронта импульса, который до возникновения пробоя в искровом промежутке «сдувает» колонку первичных электронов, созданных заряженной частицей в газе камеры. Если электрическое поле камеры однородно, сдвиг треков сводится лишь к параллельному переносу их относительно истинной траектории частиц. В неоднородном поле происходит также поворот трека от­ носительно направления электрического поля. В связи с этим для улучшения локализации треков используются каскадные генера­ торы, формирующие импульсы с малым временем нарастания пе­ реднего фронта, а для обеспечения однородности электрического поля камера окружается распределенными сопротивлениями и емкостями.

Рассмотрим точность следования искровых разрядов по направ­ лению движения частиц в нижних искровых камерах установки, предназначенных для изучения углового распределения ливневых частиц. Задержка в подаче высоковольтного импульса на общий электрод параллельно соединенных камер составляла 1,2 мксек. Степень искажения траектории частиц можно характеризовать некоторым сдвигом d и углом поворота относительно траектории частиц Ф.

На рис. 7 величина d равна расстоянию между треками в плоскости среднего электрода; пунктиром обозначена истинная траектория частицы. Угол относительного поворота треков ср равен

-f = Ф, — Ф,,

где Ф, — угол поворота в первой камере, Ф2 — во второй.

40

В результате обработки фотографий ливней, зарегистриро­ ванных установкой, была получена зависимость среднего значе­

ния относительного угла поворота © и его среднеквадратичного отклонения а? от угла падения частиц к плоскости электродов

камер 0 в области 0 — 30°. Углы отсчитывались против часовой

стрелки. Приведем эти данные при различных интервалах углов падения частиц А 0:

Нами исследовался также вопрос о точности следования искро­ вого разряда по направлению движения первичных частиц в верх­ них искровых камерах. С этой целью были рассмотрены события, когда первичная заряженная частица проходила через все три ряда искровых камер без взаимодействия и генерировала ливень в фильтрах, расположенных между дном нижней камеры и тонкими черепковскими счетчиками, вызывая срабатывание системы управ­ ления установкой. Энергия таких ливней достаточно велика (5:100 Гэв), чтобы пренебречь многократным рассеянием частицы

41

в электродах и стенках искровых камер. На рис. 8 пунктирной линией изображена истинная траектория частицы, проходящей через верхнюю и одну из нижних камер; сплошными линиями — треки в камерах. Измерялись углы между треками в верхней и нижней камерах, а также разность между ними: а = оч—аг. В ре­ зультате получена величина, равная ~ 3,5Х10-2 при среднеквадра­ тичном отклонении оа =4,9ХІ0-2.

Таким образом, углы поворота треков относительно истинной траектории частиц оказались довольно большими, что могло при­ вести к заметным систематическим погрешностям в определении направления первичных частиц. Это, по-видимому, связано с боль­ шим (~16°) углом наклона верхних искровых камер к горизон­ тали. тогда как для нижних камер этот наклон составляет— 3°. Верхние камеры совместно с мишенью были развернуты в установ­ ке для того, чтобы на одном кадре фоторегистратора иметь воз­ можность одновременно регистрировать верхние и нижние камеры. Такое расположение камер в некоторых случаях придает треку до­ полнительный угол наклона к направлению электрического поля, ухудшая тем самым точность следования искры по траектории движения частицы в верхних камерах. С другой стороны, режим работы верхних искровых камер был подобран не с такой тща­ тельностью, как для нижних. Верхние камеры служили лишь для получения информации о наличии заряда у первичных частиц и характере их воздушного сопровождения. Оси ливней определя­ лись по вторичным частицам, регистрируемым нижними искровы­ ми камерами.

§5. Система обработки информации

сискровых камер

Проблема пространственного восстановления события по нескольким фотографиям, снятым в разных проекциях, возникала и при использовании камер Вильсона, диффузионных и пузырько­ вых камер. Основными методами обработки данных с этих камер являются аналитические; в некоторых случаях применяется также метод репроекции [37]. При аналитическом методе по определенной шкале считываются относительные координаты точек трека на каждой проекции в отдельности и затем по формулам определяют­ ся пространственные координаты.

В настоящее время обработка фотографий, получаемых на пузырьковых камерах, широко автоматизирована, а все вычисле­ ния, включая пространственное восстановление, осуществляемое аналитическим методом, производятся электронно-вычислительной машиной. Обработка события средней сложности (несколько сле­ дов) при готовых программах занимает всего несколько минут.

При обработке фотографий с камер может возникнуть пробле­ ма разномасштабности, когда соответствующие точки следов на

42

различных проекциях неизвестны. Поэтому приходится использо­ вать метод последовательного приближения, что существенно уве­ личивает объем работ по обработке информации.

Постановка экспериментов в космических лучах предполагает получение сведений о характере взаимодействий, происходящих при энергиях ІО11—ІО12 эв. Для получения достаточного статисти­ ческого материала в этой области энергий, естественно, вытекает необходимость работать с установками, имеющими большие эффек­ тивные площади. При этом ливни, регистрируемые в трековых приборах, насчитывают до 10—20 вторичных частиц.

При изучении ливней по снимкам с искровых камер возникает задача нахождения соответствующих треков на различных проек­ циях, т. е. проблема нумерации треков, так как отсутствуют ярко выраженные индивидуальности следов. Поэтому для однозначного определения пространственных характеристик ливня необходимо снимать как минимум три проекции, что значительно осложняет обработку информации.

В силу этих обстоятельств применение аналитических методов обработки к фотографиям с искровых камер крайне затруднено и требует или больших временных затрат, или использования доро­ гостоящих и сложных устройств для автоматизации обработки, которые не оправдывают себя на относительно малом статистиче­ ском материале, получаемом в экспериментах с космическими лучами.

Метод репроекции при обработке данных с трековых приборов больших площадей требует сложных и громоздких устройств, а в случае обработки ливней с большим числом частиц не позволяет производить нумерацию треков в ливне.

Таким образом, возникающие проблемы значительно затрудня­ ют применение аналитического метода или метода репроекции для обработки данных, получаемых с искровых камер больших пло­ щадей, работающих в экспериментах с энергиями в области ІО12 эв. В связи с этим в лаборатории был разработан и широко использо­ ван новый метод обработки экспериментальных данных с искро­ вых камер, получивший название «проекционно-графического»* и имеющий ряд преимуществ по сравнению с существующими [3].

В случае ливня с п частицами в результате проведенных по­ строений получим 2я прямых с п2 точками пересечений (узлами). Для того чтобы среди этих узлов выделить соответствующие рас­ положению следов ливня, необходимо использовать третью фото­ камеру, установленную на некотором расстоянии от одной из фото­ камер. Минимальное разрешимое расстояние между узлами (без учета масштаба фотографирования, ухудшения разрешения, обу­ словленного дифракцией на краю поля, глубины рассеяния плен­ ки и т. д.) пропорционально толщине трека.

* Идея восстановления пространственных углов при помощи графических построений принадлежит Р. Бейсембаеву.

43