Спектрометр электронов и гамма-квантов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3 ШС 01 Т 1/3 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ У 11М.Ф, Лихачельвестров,Лупильцев,лович, Я. РА.А. Тяпкин вр ститут ядерн.8)МЕТР ЭЛЕКТРОНОВ держащий черенпластину из ве омным номером,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(53) 539.1.074 (08 (54)(57) 1. СПЕКТР И ГАММА-КВАНТОВ, с ковский излучательщества с большим а ЯЦ , 416648 систему светосбора и фотоумножител о т л и ч а ю щ и и с я тем, что с целью снижения чувствительности спектрометра к фону медленных частиц, уменьшения поглощения срета в излучателе и уменьшения его веса в качестве черенковского излучател использована газовая среда.2. Спектрометр по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения его энергетического разрешения, он содержит несколько газовых промежутков, разделенных пластинами, суммарная толщина кото рых выбрана из условия полного азвития электронно-фотонного ливня35 Изобретение относится к техникедетектирования и измерения энергийэлектронов и гамма-квантов высокихэнергий.В изобретении усонершенстнуетсяодин из видов спектрометров электронов и гамма-квантов, а именноливневый черенковский спектрометр.Известны спектрометры, и которыхв качестве среды для развития электронно-фотонного ливня применяютсяслои вещества с большим атомным номеров .(свинец), а в качестве средыдля регистрации вторичных частицливня - твердый или жидкий излучатель черенковского света,Однако эти спектрометры чувствительны к фону медленных частиц,поскольку имеют сравнительно низкоезначение пороговой скорости черенковского излучения, Например, дляслучая излучения из оргстекла пороговая скорость равна Д пд0,67, что соответствует энергииэлектрона 0,2 ИэВ, 31 -меэонал 48 ИэВ, протона300 ИэВ.Для случая водяного излучателясоответствующие энергии составляют: для электронов 0,3 ИэВ,Л-мезонов 80 ИэВ и протонов500 ИэВ,Кроме фоновых частиц, скоростькоторых лежит выше порогового значения, такие спектрометры регистрируют также некоторый процент частицсо скоростью ниже пороговой засчет ядерных взаимодействий, происходящих как в пластинах свинца, таки в веществе излучателя.Чувствительность к фону медленных частиц затрудняет или дажеполностью исключает применение этихспектрометров в полях интенсивныхизлучений, существующих, например,вблизи ускорителей, или н пучкахчастиц с преобладающим содержаниемчастиц других типов (мезонон, нуклонов).Другим их недостатком являетсясравнительно большое поглощениесвета в излучателе, что приводитк ухудшению энергетического разрешения. При больших размерах спектрометров этот эффект будет вноситьосновной вклад во флуктуации, сопровождающие процесс преобразованияэнергии первичной частицы в выходной импульс фотоумножителя. Напри.мер, при поперечных размерах излу 5 10 15 20 25 30 40 чателя порядка метра ослаблениевидимого света в излучателе,определяемое как отношение интенсивности прошедшего данную средусвета к его первоначальной интенсивности, составит для воды - 787., адля оргстекла 637 Таким образом,количество света от частиц,прошедших в разных точках излучателя,будет разниться в пределах 20307Наконец, к недостаткам этихспектрометров следует отнести ихзначительный нес, что имеет существенное значение, например, приустановке таких приборов на космических объектах.Цель изобретения - уменьшениерегистрируемого фона медленныхчастиц, уменьшение поглощения светав спектрометрах больших размерови уменьшение их веса.Это достигается за счет того,что в качестве среды для регистрации вторичных частиц ливня используют газ и регистрируют черенковскоеизлучение частиц в этой среде.Пороговая скорость черенковскогоизлучения для газовой среды значительно нышее, чем для жидкой илитвердой, Например, для воздуха приатмосФерном давлении р, =0,9997,что соответствует энергиям ,м., я,К-меэонов и протонов соответственно 4,25 Гэв; 5,6 Гэв; 20 Гэн38 Гэв и энергии злектронон илипоэитронон лф 21 Иэв. В этом случаеспектрометр не будет регистрироватьмезоны и протоны с энергией ниже4 Гэв, в то время как большая частьвторичных Частиц электронно-фотонного ливня будет зарегистрирована. Число фоновых отсчетов, обязанных ядерным взаимодействиям, в свинцовых пластинах будет также значительно ниже за счет того, что подавляющая часть вторичных продуктов нзаимодействий имеет скорость ниже порогового значения для газовой среды.Конструкция спектрометра приведена на чертеже.Он имеет снинцовую пластину 1, газовый излучатель 2, зеркальное отражающее покрытие 3, плоское 4 и параболическое 5 зеркала системы светосбора, фотоумножитель 6, кожух 7 и дискриминатор 8.10 Тираж 711 Заказ 2355/2 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 з 4Принимая в качестве светоизлучающей среды воздух, оценим необходимую длину газовых промежутков и энергетическое разрешение спектрометра.В случае когда энергия первичного электрона или гаммакванта превышает . несколько Гэв, а число слоев свинца достаточно для полного развития ливня, число вторичных частиц с ,энергией выше 20 Мэв, составит М 7,100.Каждый электрон (позитрон) ливня при пробеге длиной Ь испустит излучение Вавилова-Черенкова, которое при попадании на фотокатод фотоумножителя создает число фотоэлектронов:14=ЯКА (П(.11 где К - коэффициент, учитывающийспектральную чувствительность фотокатода и спектризлучения Вавилова-Черенкова (для фотокатода ЯЬ-Сз ивходного окна из обычногостекла К =1,92, а для кварцевого К =4,4);5 О - интегральная чувствительность фотокатода, мка/лм,о - показатель преломления газа в собирающей трубеф- коэффициент, учитывающий потери излучения допопадания в чувствительныйслой фотокатода; .- длина газового радиатора, см.При числе электронов и позитронов ливня М статистические флуктуации в числе фотоэлектронов с фотокатода ФЭУ будут равны(Е Н, 12Для того, чтобы эти флуктуации не сильно ухудшали собственное ампли 166484тудное разрешение фотоумножителя,примем, что Из этого условия и формулы (1) можно определить длину газовых про- межутков Если принять, что амплитудное 15 разрешение современных фотоумножителей ограничено величиной ф - =0,06,то при Ф =100, К =4,4, э =50 мка/лм,11-1=2,910 ф, Я =1 получим, что 20 1. = 86 см (для фотокатода из обычного стекла=1,92 и при тех же остальных условиях Ы 200 см).При выполнении условия (2) энергетическое разрешение спектрометра 25 будет определяться только флуктуациями числа частиц в ливне.Разновидностью предложенногоспектрометра может являться конструкция с одним газовым промежутЗ 0 ком и одной пластиной-конвертором,толщина которой соответствует максимуму каскадной кривойПредложенный спектрометр можетприменяться также и как низкофоно" вый детектор электронов и гамма-квантов высоких и сверхвысоких энергий, для чего в цепь ФЭУ включается дискриминатор, порог которого установлен так, чтобы пропускать импульсы, 40соответствующие световыделению от электронно-фотонного ливня, Вэтом случае целесообразно использовать конструкцию с одной пластиной- конвертором толщиной 2-4 радиационных единиц.