Historie detekčních technik

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Historie detekčních technik"

Pavla Kadlecová
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Historie detekčních technik nejstarší používaná technika scintilace pozorované pouhým okem stínítko ze ZnS ozářené částicemi se pozorovalo mikroskopem a počítaly se záblesky mlžná komora ( ) fotografie, objev pozitronu, studium kosmického záření Geiger- Muellerovy počítače: první elektronický detektor, rozlišení 1cm, frekvence 1kHz 11/10/2004 1

mlžná komora (1920-1950) fotografie, objev pozitronu, studium kosmického záření Geiger-

2 Historie dráhové detektory Fyzikové si vždy přáli vidět elementární částice během let se vyvinuly různé metody, jak dráhy částic vizualizovat jaderné emulze mlžné komory bublinové komory jiskrové komory streamerové komory 11/10/2004 2

jak dráhy částic vizualizovat jaderné emulze mlžné komory

3 Jaderné emulze ? v minulosti nejvíce používaná detekční technika průchod částice se zaznamená jako dráha vyvolaných Ag zrn (průměr 0.2µm) MIP částice produkuje asi 270 zrn/1mm vrstva emulze ( 600 µm tlustá) se nanáší na desky, které se spojují dohromady produkované δ-elektrony (s energií kev) zaručují předanou energii dostatečně velkou k vytvoření zrn Měříme: energie částic (z doletu) energie částic (z hustoty δ- elektronů) de/dx (z hustoty exponovaných jader) 11/10/2004 3

2µm) MIP částice produkuje asi 270 zrn/1mm vrstva emulze ( 600 µm tlustá) se nanáší na desky, které se spojují dohromady

4 Jaderné emulze (2) Výhody a nevýhody výborné prostorové rozlišení 1µm stálá citlivost, 100% efektivita jednoduchá konstrukce žádné časové rozlišení prakticky limitováno na neutrální svazky (ν,n) terč tvoří směs prvků nudné a zdlouhavé zpracování na mikroskopu (dnes se používá v kombinaci se spektrometry) objevy částic π, µ, K, Λ v kosmickém záření V r ve Fermilabu DONUT neutrinový svazek s τ neutriny, interakce v ocelových deskaách, měření v τ leptonů v emulsních vrstvách, potvrzení existence τ neutrina. 11/10/2004 4

se používá v kombinaci se spektrometry) 1945 1960 objevy částic π, µ, K, Λ v kosmickém záření V r.

5 Jaderné emulze 11/10/2004 5

6 Mlžné komory (1) Citlivý objem komory je naplněn rovnovážnou směsí plynu a páry,expanse tlak a teplota klesne a pára je přesycená. Na plynových iontech vzniklých při průletu ionizující částice se vytvoří kapičky Komora s dráhami je fotografovaná - stereo Dva typy mlžných komor: expanzní (Wilsonova), pracuje v cyklech, má citlivou dobu kolem desetin sekund, používá se pro kosmické záření difuzní, difuze páry do studené oblasti místo expanze, má konstatní citlivost, používala se na experimentech na urychlovačích 11/10/2004 6

typy mlžných komor: expanzní (Wilsonova), pracuje v cyklech, má citlivou dobu kolem desetin sekund, používá se pro kosmické záření

7 Mlžné komory (2) Výhody a nevýhody relativně velký citlivý objem možnost triggeru (pro expanzní komoru) měření na filmech lepší než emulze pořád značně pracné pomalé cyklování malá hustota terče (náplň komory) nebezpečí kontaminace ztráta citlivosti při velkém zatížení objev pozitronu, studium kosmického záření 11/10/2004 7

cyklování malá hustota terče (náplň komory) nebezpečí kontaminace ztráta citlivosti

8 Mlžné komory (3) Multi-plate Wilson chamber for cosmic rays Nov /10/2004 8

9 Bublinové komory (1) Kapalina při tlaku nad rovnovážným stavem pára-kapalina pohyb pístu 1ms po průchodu částice, tlak klesne vytvoří se δ-elektrony, ionty při jejich rekombinaci se vyvíjí teplo,které způsobuje vznik bublin. Bubliny rostou až do velikosti 10µm, dráhy se stereo-fotografují pomocí blesku. měření hustoty bublin umožňuje určit β velká variabilita ve velikostech (od 2m do 10 cm) vodík se používá jako elementární terčík použití jiných kapalin: - deuterium,he,ne,ar a Xe (-20) -při pokojové teplotě např. propan s pomocí těžkých kapalin studium ν interakcí a γ konverze 11/10/2004 9

Bubliny rostou až do velikosti 10µm, dráhy se stereo-fotografují pomocí blesku.

10 Bublinové komory (2) Výhody a nevýhody velmi dobré prostorové rozlišení (10-150µm) velký citlivý objem 4π geometrická akceptance různé materiály jako terčík jednoduché určení účinného průřezu namáhavé měření fotografií omezená statistika citlivá doba 1ms, nemožnost triggerování pro malé účinné průřezy komplikovaný provoz,kryogenika,bezpečnost nedá se použít na urychlovačích vstřícných svazků objevy resonancí ρ, ω, Ω, neutrálních proudů 11/10/

omezená statistika citlivá doba 1ms, nemožnost triggerování pro malé účinné průřezy komplikovaný

11 Vodíková bublinová komora 30 cm vodíková bublinová komora (CERN) /10/

12 Objev Ω Ω in 2-m CERN hydrogen bubble chamber /10/

13 Gargamelle Bublinová komora s těžkou náplní (freon) - Gargamelle Sept /10/

14 Gargamelle - NC První případ t.zv. neutrálních proudů v Gargamelle, svazek neutrin přichází zleva, všechny sekundární částice jsou hadrony ν µ + N µ + X nabité proudy CC ν µ N ν + + µ X neutrální proudy NC Oct /10/

zleva, všechny sekundární částice jsou hadrony ν µ + N µ

15 Big European Bubble Chamber r m, pole 3.5 T, svazky 70 a 110 GeV/c, K,π,p. r /10/

16 BEBC - D* D* ve vodíkové bublinové komoře BEBC /10/

17 Měření filmů /10/

18 Jiskrové komory (1) Soustava paralelních kovových desek v objemu naplněném vzácným plynem (He-Ne směs). Každá druhá deska je připojena k pulznímu zdroji vysokého napětí a zemi Když projde částice (vnější triggerovací detektor),aplikuje se vysokovoltní pulz, pole 20kV/cm Vznikne jiskra (z laviny způsobené procházející částicí), která se fotografuje nebo elektronicky zapisuje 11/10/

Každá druhá deska je připojena k pulznímu zdroji vysokého napětí a zemi Když projde částice

19 Jiskrové komory (2) Výhody a nevýhody jiskrovou komoru je možné triggerovat citlivý čas 1µs dost velká intenzita ( 10⁶částic/s) může se používat i bez fotografování na film má omezené prostorové rozlišení 300µm má relativně dlouhou mrtvou dobu 100 ms pulsní vysoké napětí není to dobré prostředí pro ostatní detektory Je to předchůdce MWPC komor a driftových komor 11/10/

prostorové rozlišení 300µm má relativně dlouhou mrtvou dobu 100 ms pulsní vysoké napětí není

20 Jiskrová komora (3) Výstava Microcosm v CERNu May /10/

21 Streamerová komora (1) elektronická analogie bublinové komory Jiskrová komora s velkou mezerou Chikovani 1963 speciální systém vysokého napětí vytvářející pole 50kV/cm (t.j. amplitudu 500kV) po dobu 15 ns během této doby se nevytvářejí jiskry od jedné elektrody k druhé ale jen v okolí počátečních iontů vytvořených ion.částicí náplň na př. 90%Ne+10%He dráhy streamerů se fotografují na film hustota streamerů může být použita pro identifikaci částic pod 1 GeV/c 11/10/

22 Streamerová komora (2) Výhody a nevýhody 4π geometrie možnost použití vnitřních terčů streamerovou komoru je možné triggerovat citlivá doba 1µs vysoké intenzity až 10⁶ částic/s úmorné zpracování filmů omezená statistika případů omezené prostorové rozlišení 300µm relativně dlouhá mrtvá doba 300 ms pulsní vysoké napětí rizikové prostředí pro ostatní detektory 11/10/

23 Streamerová komora (3) 6.4 TeV Sulphur - Gold event (NA35) July /10/

24 Dnešní detektory Většina těchto dráhových detektorů se už nepoužívá citlivá doba omezovala intenzitu svazků mrtvá doba nedovolovala velkou statistiku případů omezené měření účinného průřezu omezené rozlišení mnohé detektory bylo obtížné provozovat Moderní dráhové detektory plynové detektory polovodičové detektory (křemík) 11/10/

Podobné dokumenty

Referát z Fyziky. Detektory ionizujícího záření. Vypracoval: Valenčík Dušan. MVT-bak.

Referát z Fyziky. Detektory ionizujícího záření. Vypracoval: Valenčík Dušan. MVT-bak. Referát z Fyziky Detektory ionizujícího záření Vypracoval: Valenčík Dušan MVT-bak. 2 hlavní skupiny detektorů používaných v jaderné a subjaderné fyzice 1) počítače interakce nabitých částic je převedena