Файл: Григоров, Н. Л.pdf

во избежание больших ошибок в получении средней кривой рас­ пределения ионизации по глубине ионизационного калориметра, толщины отдельных слоев не должны превосходить полуширины

потеря энергии нуклоном при его столкновении с ядрами вещества поглотителя составляет ^ 0,ЪЕ0 и при каждом взаимодействии я°-мезонам в среднем передается х 20% энергии нуклона. Сред­ няя множественность рождающихся я*-мезонов при энергиях нуклонов 101 1 —101 2 эв равна 8—10, поэтому среднее число у-кван- тов, образующихся в каждом таком взаимодействии, также нужно принять равным 8—10. Следовательно, средняя энергия у-кван- тов будет порядка 3—4% от Е0.

Если поглотитель изготовлен из тяжелого вещества (с боль­ шим Z), то потери энергии нуклоном могут быть несколько больше, но больше будет и средняя множественность рождающихся я"Ь-ме- зонов. Поэтому и в этом случае для оценок следует брать в ка­ честве энергии у-квантов величину порядка (0,03-=-0,04).Е0 (осо­ бенного уточнения этой величины не требуется, так как она стоит

Для определения числа рядов детекторов ионизации п примем ранее полученные значения х0. Тогда

72с ~ 4 ряда, пре ^ 9 рядов, nVb ^ 27 рядов.

Эти цифры могут привести к ошибочному мнению, что приме­ нение легкого вещества в ионизационном калориметре позволит обойтись существенно меньшим количеством детекторов иониза­ ции. Однако, как будет показано в § 3 этой главы, такое заключе­ ние неверно. Если задаться определенной светосилой ионизацион­ ного калориметра и размерами детекторов, то ионизационный ка­ лориметр из легкого вещества будет иметь существенно большие поперечные размеры (по сравнению с ионизационным калоримет­ ром из тяжелого вещества) и поэтому в каждом ряду число детек­ торов в нем будет больше.

Легкие вещества в качестве поглотителей в ионизационных калориметрах обладают рядом отрицательных свойств, к рассмот­ рению которых мы и перейдем.

Для того чтобы при помощи ионизационного калориметра мож­ но было выделять случаи одновременного падения нескольких частиц, необходимо, чтобы расстояния между частицами были не меньше поперечных размеров лавины частиц в ионизационном калориметре, а детекторы ионизации имели поперечные размеры, не превосходящие ширину лавин. Уменьшение поперечных раз­ меров детекторов приведет к увеличению общего их числа, что в свою очередь лимитируется как техническими трудностями в изготовлении большого числа детекторов, так и сложностью ра­ боты с большим числом независимых детекторов ионизации. Од­ нако, отвлекаясь от проблем технического характера, можно рассмотреть вопрос о принципиально достижимом пространствен­ ном разрешении ионизационного калориметра и зависимости раз­ решения от атомного номера вещества поглотителя.

Значительная часть ионизации в ионизационном калориметре создается электронами каскадного ливня. Если бы все вторичные, третичные и последующие поколения адронов, образовавшихся в ионизационном калориметре, двигались строго в направлении первичной частицы, то н в этом предельном случае, обеспечиваю­ щем минимальные поперечные размеры всей лавины, эти размеры были бы конечными. Дело в том, что электроны каскадного ливня, двигаясь в веществе, испытывают многократное рассеяние п отхо­ дят от первоначального направления (оси ливня), распределяясь некоторым специфическим образом вокруг оси ливня. Закон рас­ пределения плотности потока электронов на различных расстоя­ ниях г от оси ливня описывается фупкцией, вид которой зависит от степени развития лавины.

ионизационных потерь в приближении средних углов рассеяния

=0,75 радиус хг = 1,4 <жг>. Так как (xry ^ 0,9, то в круге

В табл. 2.2 приведены рассчитанные значения поперечных раз­ меров ливней Zn o n вблизи максимума их развития в разных ве­ ществах. Как видно из этой таблицы, предельно достижимое про­ странственное разрешение в калориметрах с легким веществом

в качестве поглотителя во много раз хуже, чем в калориметрах с веществом со средним или большим значением Z.

При конструировании ионизационного калориметра приходит­ ся тем или иным способом решать проблему измерения ионизации. Ионизация, создаваемая в детекторе электронами лавины, пропор­ циональна числу электронов в лавине. При данной энергии пер­ вичной частицы Е0 число электронов в каскадной лавине в основ­ ном определяется критической энергией Ес для данного вещества, т. е. / ~ Её1 (это соотношение предполагает, что в веществах с малым и большим атомным номером процесс передачи энергии электронно-фотонной компоненте лавины происходит одинаково интенсивно). Поскольку Ес уменьшается с ростом Z, пз этого соотношения видно, что и с точки зрения величины создаваемой ионизации надо отдать предпочтепие веществам поглотителя с большим атомным номером.

Для того чтобы резюмировать, каким веществам поглотителя в ионизационном калориметре следует отдать предпочтение, не­ обходимо рассмотреть вопрос о детекторах ионизации. Как будет видно из дальнейшего, имеется определенная связь между детек­

Основное назначение ионизационных детекторов — измере­ ние ионизации, созданной в поглотителе частицами лавины. По­ этому ионизационные детекторы не должны вносить искажений в угловое и энергетическое распределение электронов лавины, выходящих из поглотителя и попадающих в детекторы. Это усло­ вие можно выполнить наилучшим образом, если детекторы иони­ зации сделаны из веществ, у которых Z близко к атомному номеру вещества поглотителя. Например, если поглотитель выполнен из железа, то в качестве детекторов можно взять ионизационные ка-