Введение к работе
Актуальность.
Широкоапертурный диэлектронный спектрометр HADES (High Acceptance Di-Electron Spectrometer), созданный европейской коллаборацией на ускорителе SIS-18 в GSI (Дармштадт), ориентирован на исследование свойств адронов и векторных мезонов, образующихся в адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействиях при энергиях 1-2 ГэВ/нуклон (). Особый интерес представляет исследование свойств векторных р, <ю и ф мезонов в плотной и горячей фазе взаимодействия ядер, так как р мезоны и, в некоторой степени, <ю мезоны распадаются внутри области сжатия, поскольку имеют короткие времена жизни. Ожидается, что свойства векторных мезонов сильно модифицируются в плотной и горячей ядерной среде. Эти изменения должны проявиться в экспериментальных спектрах электрон-позитронных пар, образующихся в результате распада векторных мезонов, так как лептоны вылетают из зоны реакции, не испытывая взаимодействия в конечном состоянии, и несут информацию о массе векторных мезонов, рожденных в горячей плотной среде.
Импульсы электронов измеряются посредством реконструкции треков частиц в магнитном поле спектрометра, создаваемого тороидальным сверхпроводящим магнитом. Координаты треков частиц измеряются трековой системой, состоящей из четырех «плоскостей» многослойных дрейфовых камер (MDC) с малым количеством вещества. Координатная точность дрейфовых камер играет определяющую роль в обеспечении необходимого импульсного разрешения спектрометра HADES. Обеспечение стабильной работы и требуемых параметров дрейфовой камеры с малым количеством вещества, а также очень ограниченное место для ее размещения и электроники регистрации потребовало применения новых подходов к созданию камеры. Для применения многослойной дрейфовой камеры с малым количеством вещества в установке HADES актуальным было изучение ее свойств, оптимизация рабочих параметров и разработка методики массового производства.
Детекторы на основе многопроволочных пропорциональных камер (МПК) нашли широкое применение в различных методах исследования свойств и структуры вещества. Для рентгеноструктурных исследований монокристаллов белков разработан двумерный детектор со сферическим входным окном. Применение МПК со сферическим дрейфовым промежутком позволило исключить параллакс и получить пространственное разрешение 250 мкм (ПШПВ). Для спектрометра поляризованных нейтронов (СПН) создан линейный координатный детектор тепловых нейтронов. Детектор в составе спектрометра СПН предназначен для проведения рефлектометрических и рефрактометрических исследований слоистых структур, а также магнитно-неколлинеарных структур, вызывающих расщепление пучка поляризованных нейтронов. Основными требованиями, предъявляемыми к детекторам, являлись: высокая эффективность регистрации, высокое быстродействие,
высокое пространственное разрешение, однородность параметров по всей рабочей площади.
Использование созданных детекторов позволяет:
выполнять обработку данных в режиме реального времени и представлять результаты в удобном для исследователя виде,
снизить радиационную нагрузку на исследуемые объекты, что особенно важно для образцов с коротким временем жизни,
уменьшить время измерений в сотни раз.
Цель диссертационной работы.
Разработка конструкции модуля дрейфовой камеры с малым количеством вещества для трековой системы спектрометра HADES при условии сохранения максимального геометрического аксептанса установки.
Оптимизация газовой смеси на основе гелия для обеспечения высокого пространственного разрешения и стабильной работы дрейфовых камер.
Исследование характеристик полномасштабного прототипа многослойной дрейфовой камеры с малым количеством вещества:
в лабораторных условиях с помощью радиоактивных источников и на
пучке протонов с импульсом 2,1 ГэВ/с ускорителя SIS GSI
(Дармштадт);
в условиях, близких к реальным в эксперименте HADES;
исследование долговременной стабильности работы камер.
Разработка методики массового изготовления модулей дрейфовых камер с малым количеством вещества для трековой системы спектрометра HADES.
Экспериментально доказать, что параметры многослойных дрейфовых камер с малым количеством вещества удовлетворяют требованиям эксперимента HADES.
Разработка и исследование характеристик линейного детектора тепловых нейтронов для спектрометра СПН на реакторе ИБР-2 ОИЯИ.
Разработка и исследование характеристик беспараллаксного двумерного рентгеновского детектора для дифрактометра КАРД-7 ИК РАН.
Научная новизна работы. В диссертационной работе
приведены новые результаты экспериментальных исследований характеристик многослойной дрейфовой камеры с малым количеством вещества: скорости дрейфа электронов и пространственного разрешения в зависимости от состава газовой смеси Не-іСДЇю и напряжений, прикладываемых к электродам камеры;
показана стабильность работы дрейфовых камер с малым количеством вещества при длительной эксплуатации в условиях реального физического эксперимента;
приведены новые результаты экспериментальных исследований с линейным координатным детектором тепловых нейтронов;
приведены новые результаты экспериментальных исследований характеристик двумерного рентгеновского детектора.
Практическая ценность работы.
Результаты экспериментальных исследований показали, что параметры многослойной дрейфовой камеры с малым количеством вещества удовлетворяют всем требованиям эксперимента HADES. Созданы семь модулей дрейфовых камер для второй «плоскости» трековой системы спектрометра HADES.
Разработана методика изготовления и тестирования детекторов в условиях массового производства, которая успешно применяется в настоящее время для изготовления детекторов переходного излучения для эксперимента ALICE на LHC (ЦЕРН).
Использование детектора тепловых нейтронов для физических исследований на спектрометре поляризованных нейтронов на реакторе ИБР-2 ОИЯИ существенно сокращает время измерений, что позволяет более эффективно использовать пучковое время.
Создан беспараллаксный двумерный рентгеновский детектор для дифрактометра КАРД-7 (ИК РАН), который позволяет повысить точность рентгеноструктурных исследований и снизить радиационную нагрузку на исследуемые объекты с коротким временем жизни.
Накоплен опыт разработки, изготовления и тестирования газовых координатных детекторов, который может быть применен в других лабораториях и научных центрах.
Автор защищает:
разработку конструкции многослойной дрейфовой камеры с малым количеством вещества для спектрометра HADES;
результаты исследования характеристик многослойной дрейфовой камеры с малым количеством вещества:
влияние состава газовой смеси на основе гелия с использованием в качестве гасящих добавок пропана, диметилэфира и изобутана на временное разрешение и плато эффективности регистрации;
зависимость скорости дрейфа электронов и пространственного разрешения камеры от процентного состава газовой смеси Не-іСДЇю при различных напряжениях на ее электродах;
методику измерения точности шага сигнальных проволок;
результаты исследования долговременной стабильности параметров дрейфовых камер;
технологию изготовления модулей с малым количеством вещества для второй «плоскости» трековой системы спектрометра HADES;
результаты исследования характеристик дрейфовых камер в реальных условиях эксперимента HADES;
разработку и результаты исследования характеристик линейного детектора тепловых нейтронов для спектрометра СПН на реакторе ИБР-2 ОИЯИ;
разработку и результаты исследования характеристик беспараллаксного двумерного детектора для дифрактометра КАРД-7 (ИК РАН).
Апробация работы.
Основные результаты диссертации изложены в 9 работах, список которых приведен в конце автореферата. Результаты исследований, приведенных в диссертации, докладывались на лабораторных семинарах в ЛВЭ ОИЯИ, на рабочих совещаниях коллаборации HADES, а также на международных конференциях:
3 International Conference on Position Sensitive Detectors, London, UK, September 6-10, 1993;
8th Wire Chamber Conference, Vienna, February 23-27, 1998;
International Nuclear Physics Conference, Paris, August, 1998;
5th International Conference on Position Sensitive Detectors, London, UK, September 13-17, 1999;
Workshop on PSN detectors, Berlin, 2001;
10th Vienna Conference on Instrumentation, Austria, February 16-21, 2004.
Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 165 страниц состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 9 таблиц, 70 рисунков и список цитируемой литературы из 74 ссылок.
