Введение к работе
Актуальность проблемы. Многопроволочные детекторы, впервые предложенные Шарпаком более четверти века назад, в настоящее время стали одними из самых распространенных инструментов в работах по физике заряженных частиц, в том числе в области промежуточных энергий при исследовании пион-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий.
Обладая целым рядом привлекательных для экспериментаторов свойств, а именно:
-
высокая эффективность регистрации заряженных частиц;
-
высокое пространственное разрешение (0,1-1 мм);
3) малое мертвое время (20-50 нсек) и отсюда возможность
работать при больших загрузках (до 106 имп/сек на проволочку);
-
малое количество вещества, образующего камеру;
-
способность работать в магнитном поле;
-
возможность измерять ионизацию;
газовые многопроволочные детекторы нашли широкую область применения.
В основу работы детекторов такого типа положено превращение ионизационных потерь заряженных частиц, проходящих через активную область газонаполненной среды, в измеряемый электрический сигнал с максимальной эффективностью и минимальным разбросом пространственной и временной информации. Используя обычную схему считывания сигнала, в многопроволочных пропорциональных камерах (МПК) трудно получить пространственное разрешение лучше 1 мм., что соответствует шагу намотки сигнальных проволок. В дрейфовых пропорциональных камерах (Д.П.К.), в которых прортранственная координата определяется временем дрейфа следа от прошедшей частицы, пространственная точность получается на порядок величины лучше, а именно 100-150 мкм. для детекторов средних размеров. В МПК с катодным съемом информации с помощью метода считывания по центру
тяжести от наведенного заряда пространственная точность достигается равной несколькими десятками мкм., хотя при этом прибор' становится менее быстрым.
Получение высоких координатных точностей связано не только с улучшением считывающей электроники или конструкции детекторов. Многие процессы участвуют в создании физической пространственной картины в проволочных газовых детекторах, в частности, образование и распределение ионизационных кластеров, их диффузия в газовых смесях, лавинное размножение в присутствии электроотрицательных примесей и т.д. Поэтому исследование различных источников внутренних ограничений при локализации места прохождения заряженных частиц и разработка новых детектирующих систем по мере развития ускорительной техники как в сторону увеличения энергий ускоряемых частиц наряду с возможностями магнитной оптики, гак и в сторону увеличения интенсивностей потоков заряженных частиц на мезонных фабриках или коллайдерах типа LHC представляется одной из актуальных задач в настоящее время.
Цель работы. Основной целью диссертационной работы являлись разработка и создание координатных многопроволочных детекторов в составе ядерно-физических установок, на которых проводились экспериментальные исследования процессов пион-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий с энергией частиц в несколько Гэв/нуклон при загрузках падающих частиц до 10* частиц/мм нити-сек.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
1. Разработка и исследование характеристик МПК и ДПК в
стендовых условиях и на пучках заряженных частиц для получения
необходимого пространственного, временного и энергетического
разрешения в экспериментах "ПИОН" (ЛЯП, Дубна) иЕ-217(КЕК, Цукуба).
2. Развитие методики тренировки многопроволочных детекторов.
-
Разработка и применение блоков кассетных пропорциональных камер для экспериментов на установке "КАСПИЙ" при больших загрузках падающих протонов и пионов.
-
Оптимизация выбора газовых смесей для многопроволочных детекторов, работающих в условиях высоких загрузок.
-
Применение многопроволочных детекторов для решения задач по поиску бесфотонной аннигиляции ортопозитрония и регистрации мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий 2-20 КэВ.
Научная новизна и значимость работы.
Являясь составной частью физической 'программы исследований на установках "ПИОН", "КАСПИЙ", Е-217 и др., разработанная методика многопроволочных детекторов способствовала получению впервые таких экспериментальных физических результатов, как измерение сечений рождения г1 и Ґ мезонов при столкновении релятивистских ядер с энергией 3,65 ГэВ/нуклон с ядрами углерода, меди и свинца; измерение выходов антипротонов при столкновении ядер углерода с ядрами меди при тех же энергиях; подпороговое рождение антипротонов в ядро' ядерных столкновениях; исследование массовой зависимости рождения антипротонов в ядро-ядерных столкновениях; исследование двухнук-лонного поглощения пионов в 4Не при 1. ГэВ/с; измерение сечений рождения каонов и пионов в р+С, d+C, С+С столкновениях как функции энергии налетающих частиц в диапазоне энергий 2,5-8,1 ГэВ/нуклон.
Прикладная цель проведенной работы была реализована в эксперименте по поиску бесфотонной аннигиляции ортопозитрония на стендовой установке в ИЯИ РАН, а также в решении задачи регистрации мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий 2-20 КэВ на установке типа "ТОКАМАК" в ИАЭ им.Курчатова.
Практическую ценность для развития методики многопроволочных детекторов как в физике промежуточных энергий, так и в физике низких и высоких энергий, имеют проведенные в работе исследования различных
способов тренировки многопроволочных детекторов, а также выбора оптимального состава газовых смесей в условиях высоких загрузок. 1 .На зашиту выносятся следующие основные положения:
1. Предложенные в диссертации методические разработки многопро
волочных координатных детекторов в составе ядерно-физических уста
новок позволили получить новые физические данные о сечениях рождения
и поглощения пионов и каонов, подпороговых рождениях антипротонов в
ядро-ядерных столкновениях.
2. Физические данные о скоростях дрейфа электронов в различных газо
вых смесях включены в качестве базовых данных в сборники физических
констант, относящихся к методике многопроволочных детекторов.
3. Практически доказано, что метод тренировки многопроволочных
детекторов на воздухе является одним из достаточно простых и
эффективных способов доводки рабочих параметров многопроволочных
детекторов.
4. Развитие методики многопроволочных детекторов позволило впервые
выполнить несколько прикладных экспериментов, в том числе поиск
бесфотонной аннигиляции ортопозитрония и мониторирование потока
мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 2-20 КэВ.
Апробация работы и публикации:
Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на Международных конференциях по проволочным детекторам в Вене в 1992г., в 1995г., Международном симпозиуме по координатным детекторам в физике высоких энергий в Дубне в 1988 г., опубликованы в журналах Nuclear Physics, Physics Letter В, Nucl.lnst. and Meth., Nuovo Cimento, Письма в ЖЭТФ, ПТЭ, а также в виде препринтов ОИЯИ и ИЯИ. По материалам диссертации опубликованы 22 работы.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 89 страниц печатного текста, 73 рисунка, 2е
таблицы, и библиографию, включающую 88 наименований. Полный объем -139 стр.
