Interested Article - Ионизационный калориметр

Ионизацио́нный калори́метр (от лат. calor — тепло и …метр) в физике элементарных частиц и ядерной физике — прибор, который измеряет энергию частиц. Большинство частиц, попадающих в калориметр, при взаимодействии с его веществом инициируют возникновение вторичных частиц, передавая им часть своей энергии. Вторичные частицы образуют , который поглощается в объёме калориметра, и его энергия измеряется с помощью полупроводниковых , ионизационных детекторов, пропорциональных камер , детекторов черенковского излучения или сцинтилляционных детекторов . Энергия может быть измерена полностью (это требует полного поглощения частиц ливня в чувствительном объёме калориметра) либо частично, с последующим пересчётом поглощённой энергии в полную энергию первичной частицы. Как правило, калориметры имеют поперечную (относительно траектории частицы) сегментацию для получения информации о направлении движения частицы и выделившейся энергии, и продольную сегментацию для получения информации о форме ливня и, исходя из этого, — о типе частицы. Проектирование калориметров — активная область исследований в физике элементарных частиц, как при исследовании космических лучей , так и для изучения частиц в ускорителях.

История

Ионизационный калориметр изобрели в 1954 году в СССР Н. Л. Григоров , В. С. Мурзин и И. Д. Рапопорт, он предназначался для исследования космических лучей . Первый действующий калориметр создали в 1957 году на Памире также для исследования космического излучения . Ионизационные калориметры 1950-х — 1960-х годов имели размеры порядка нескольких квадратных метров в сечении, массу в несколько десятков тонн и работали с частицами энергией от 100 Г эВ до 10 ТэВ . Самый большой из них вступил в строй в 1964 году, он имел массу 70 тонн и размещался на горе Арагац в Армении . С началом космической эры ионизационные калориметры для исследования космических лучей стали выводить в космос . Впоследствии ионизационные калориметры стали применяться и на ускорителях для измерения энергии вторичных частиц, возникших при столкновениях разогнанных до околосветовых скоростей ядер .

Типы ионизационных калориметров

По типу детектируемых частиц ионизационные калориметры делятся на два класса:

Электромагнитные калориметры спроектированы для измерения энергии частиц, которые взаимодействуют с веществом главным образом посредством электромагнитного взаимодействия ( фотоны , заряженные лептоны ).
Адронные калориметры измеряют энергию частиц, взаимодействующих в основном посредством сильного взаимодействия ( адронов ).

По геометрии калоримеры разделяются на гомогенные и гетерогенные ( семплинг -/ сэмплинг -калориметры, от англ. sampling — «выборка; дискретизация »):

Гетерогенный детектор состоит из чередующихся слоёв поглощающего и детектирующего материалов ( сэндвич -геометрия). Поглощающим материалом служат тяжёлые элементы ( медь , свинец , уран и т. п.). Предпочтительно использование тяжёлых ядер и в детектирующем материале, в качестве которого может выступать сцинтиллятор (например, вольфрамат свинца PbWO ₄ ) или черенковский радиатор (например, свинцовое стекло ). В ходе остановки вторичных частиц ливня выделившаяся (в виде света) энергия собирается из детектирующих слоёв, преобразуется в электрический импульс (с помощью фотодетекторов — как правило, фотоэлектронных умножителей ) и регистрируется.
В гомогенном детекторе весь объём является детектирующим.

Адронные калориметры почти всегда являются гетерогенными, так как очень трудно создать детектор частиц ( сцинтиллятор , полупроводниковый детектор и т. д.) таких размеров, чтобы обеспечить в нём полное развитие и поглощение адронного ливня. Электромагнитные калориметры же, как правило, являются гомогенными — электроны , позитроны и гамма-кванты , из которых состоит электромагнитный ливень, хорошо поглощаются в детектирующих материалах, и детектор может иметь разумные размеры.

Гомогенные калориметры имеют лучшее , чем семплинг-калориметры.

Иногда для регистрации адронной и электромагнитной компонент ливня используют расположенные последовательно электромагнитный и адронный калориметры. Электромагнитная компонента ливня поглощается в первом из них, тогда как адронная компонента проходит его без значительных потерь и поглощается адронным калориметром. За адронным калориметром в этом случае ставят мюонные камеры для регистрации мюонов , обладающих большой проникающей способностью и слабо поглощающихся даже в массивных слоях адронного калориметра.

Калориметры используются практически во всех современных ускорительных экспериментах; в качестве примеров можно привести эксперименты ATLAS , КЕДР , СНД .

См. также

Калориметр

Примечания

↑ / Демьянов А. И., Сарычева Л. И. // Излучение плазмы — Исламский фронт спасения [Электронный ресурс]. — 2008. — С. 545—546. — ( Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 11). — ISBN 978-5-85270-342-2 .
↑ Мурзин В. С. // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров . — М. : Советская энциклопедия , 1990. — Т. 2: Добротность — Магнитооптика. — С. 190—193. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4 .
↑ Калориметр ионизационный / Григоров Н. Л. // Италия — Кваркуш. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — С. 228—229. — ( Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 11).