Сцинтилляционный детектор на волокнах. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Сцинтилляционный детектор на волокнах (СДВ)- разновидность сцинтилляционного детектора, особенностью к-рого является регулярная система параллельно расположенных волокон из сцинтиллятора. Часть света от заряж. частицы захватывается волокном за счёт полного внутр. отражения на границе и распространяется по волокну к выходу. Т. о., световое изображение трека частицы появляется на выходной плоскости детектора.

Обычно волокно состоит из сцинтиллирующего керна, покрытого тонкой оболочкой из материала с меньшим показателем преломления, чтобы обеспечить лучшую отражающую поверхность и, значит, увеличить длину затухания (а также защитить отражающую поверхность от механич. повреждения). Доля света, захваченного волокном, d

0,5 (1- n²_об/n²_к), где n_o6 и п_к-показатели преломления для оболочки и керна. Для разных материалов d~5-10%. В качестве сцинтилляторов используют стекло с добавками Се, пластик (на основе полистирола) или жидкий сцинтиллятор (напр., на основе метилнафталина), залитый в стеклянные капилляры. Наиб. перспективны капилляры с жидким сцинтиллятором: светосбор в ср. больше в ~2 раза, длина затухания света (

3 м для 20-мкм капилляров) позволяет создавать детекторы большого размера (

3 м), радиац. стойкость на порядок больше, чем у пластмассовых волокон. Применяются волокна диам. от 20 мкм до 3 мм, длиной 1 см - 2 м, коэф. заполнения волокнами рабочего объёма ~ 50%.

Свет с волокон усиливается неск. электронно-оптич. преобразователями (ЭОП) с волоконными шайбами на входах и выходах (см. Волоконная оптика ).В первом каскаде усиления применяют ЭОП с высокой чувствительностью. На фосфорах первых ЭОП производится задержка оптич. сигнала (200-500 нc), необходимая для выработки триггерной электроникой управляющего сигнала. Далее свет усиливается другим ЭОП с большим коэф. усиления, к-рый управляется импульсом от триггера. Для согласования размеров выходной плоскости СДВ и регистрирующей системы могут применяться ЭОП с увеличением или уменьшением изображения. Полный коэф. усиления системы ЭОП составляет 10⁵. Временное разрешение СДВ определяется временами высвечивания t фосфоров первых ЭОП и составляет 0,5-1 мкс.

Для считывания информации вначале использовалась фотоплёнка, к-рую вытеснили приборы с зарядовой связью (ПЗС), согласованные с выходной волоконной шайбой последнего ЭОП. Информация с ПЗС оцифровывается быстрым аналого-цифровым преобразователем и считывается в быструю память, связанную с ЭВМ. Мёртвое время СДВ определяется временем считывания с ПЗС.

Каждому выбитому фотоэлектрону с фотокатода 1-го ЭОП соответствует пятно (кластер) на ПЗС. Кол-во кластеров на единицу длины трека от релятивистской частицы ~3-10 мм^-1. При этом для волокон диам. 20 мкм среднеквадратичный разброс кластеров относительно трека составляет 18 мкм. При длине трека 5 мм точность локализации трека 6 мкм. Если волокна детектора расположить вдоль пучка частиц, то будут измеряться одновременно 2 координаты, перпендикулярные пучку. Кол-во света увеличится в более чем 10 раз, и погрешность локализации трека будет

2 мкм.

Впервые СДВ были исследованы ещё в 50-х гг. 20 в. [1 ]. Однако применение началось с сер. 80-х гг. в связи с развитием волоконной оптики, ЭОП и считывающих систем на основе ПЗС [2, 3]. Преимущества СДВ: высокая плотность точек на треке - 3-10 мм^-1 для релятивистских частиц и большая длина затухания [4]; высокое координатное разрешение (

20 мкм); разрешение между треками ~35- 100 мкм [5]; большая плотность чувствит. элементов, достигающая 2^.10⁵см^-2; радиац. стойкость 2•10⁸ рад [6]; малые времена высвечивания (для жидких сцинтилляторов t~6 нc); возможность работать в магн. полях.

СДВ может использоваться в качестве т. н. вершинного детектора с высоким координатным разрешением для регистрации распадов короткоживущих частиц, содержащих тяжёлые кварки (см. Комбинированные системы детекторов). СДВ позволяет изучать частицы с временами жизни ~2^.10^-14 с. СДВ может использоваться в качестве прецизионного компактного трекового детектора в экспериментах на встречных пучках. На основе СДВ изготовляют эл--магн. и адронные калориметры, позволяющие кроме измерения энергий наблюдать и треки частиц (см. Ионизационный калориметр ).СДВ применяют для регистрации частиц в качестве годоскопов с временным разрешением ~ 1 нc и координатным разрешением

1 мм. При этом съём информации осуществляется многоканальными фотоумножителями [7]. При использовании с СДВ тяжёлых неорганич. сцинтилляторов появляется возможность регистрировать и g-кванты с высокой координатной точностью.

Литература по сцинтилляционным детекторам на волокнах

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.