Акимов Ю. К. «Современные методы регистрации частиц» Количество часов

Акимов Ю.К. «Современные методы регистрации частиц»
Количество часов:

Осенний семестр: 36 ч.

Требования к студентам:

Во время лекции вопросы следует задавать преподавателю по ходу ее изложения. Материал после каждой лекции прорабатывается, и возникающие при этом вопросы выясняются в начале очередной лекции.

Краткая аннотация:

Цели изучения дисциплины
Углубленное изучение современных детекторов ядерных излучений, сравнение их характеристик и возможностей их использования в различных экспериментах на ускорителях частиц, а также с космическими излучениями.
Содержание дисциплины

(18 лекций по 2 часа)
Тема 1.ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛА В СЧЕТЧИКЕ С ВАКУУМНЫМ ФЭУ

1.1. Структура ФЭУ

1.2. Источники световых сигналов

1.2.1 Механизм люминесценции в NaI(Tl)

1.2.2. Механизм люминесценции в органических сцинтилляторах

1.2.3. Черенковское излучение

1.3. Трансформация в сцинтилляционном счетчике поглощенной энергии в электрический сигнал

1.4. Статистика при формировании сигнала в ФЭУ

1.5. Амплитудные свойства ФЭУ

1.5.1 Влияние магнитного поля

1.5.2 Влияние температуры

1.6. Временные свойства ФЭУ

1.7. Шумы

1.7.1 Послеимпульсы
Тема 2. РАЗНОВИДНОСТИ ФЭУ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.!. Определения чувствительности фотокатодов

2.2. Спектральные характеристики различных типов фотокатодов

2.3. Коэффициент сбора фотоэлектронов

2.4. Неоднородность фотокатодов

2.5. Амплитудные спектры ФЭУ

2.6. Фотоприемники с пониженной чувствительностью к магнитному полю

2.7. Радиационная стойкость ФЭУ

2.8. Миниатюризация ФЭУ
Тема 3. ПЕРЕДАЧА СВЕТА НА ФОТОКАТОД

3.1. Полное внутреннее отражение

3.2. Потери света на границах сред с различными показателями преломления

3.3 Способы увеличения чувствительности ФЭУ

3.4. Смещение светового спектра

3.5. Отражающие поверхности

3.5.1. Зеркальное отражение

3.5.2. Диффузное отражение

3.5.3. Новые типы отражателе й
Тема 4. ОРГАНИЧЕСКИЕ СЦИНТИЛЛЯТОРЫ

4.1. Структура и характерные свойства

4.2. Тушение сцинцилляций

4.3. Влияние внешних факторов на световой выход

пластмассовых сцинтилляторов

4.3.1. Температура

4.3.2. Магнитное поле

4.3.3. Старение

4.3.4. Радиационная стойкость
Тема 5. СВЕТОВОДЫ

5.1 Параллелепипед

5.2. Переход от узкой грани сцинтиллятора к круглому окну ФЭУ

5.3. Полые световоды

5.4. Спектросмещающие световоды

5.5. Волоконная оптика
Тема 6 . СЧЕТЧИКИ С ОРГАНИЧЕСКИМИ СЦИНТИЛЛЯТОРАМИ

6.1. Телескоп

6.2. Идентификация заряженных частиц

6.3 Флуктуации ионизационных потерь

6.4. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ НЕЙТРОНОВ

6.5. Дейтерированные сцинтилляторы
Тема 7. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ФОТОДИОДЫ

7.1. Кремниевые PIN-структуры

7.2. Дрейфовые фотодиоды

7.3. Фотодиоды на основе компаундных полупроводников

7.4. Энергетическое разрешение фотодиодов

7.5. Кремниевые лавинные фотодиоды

7.5.1. Энергетическое разрешение

7.5.2. Регистрация слабых световых вспышек

7.6. Сравнение характеристик твердотельных и вакуумных

фотоприемников
Тема 8. СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ СЧЕТЧИКИ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ

8.1. Общие вопросы

8.2. Иодид натрия

8.3. Иодид цезия

8.4. Германат висмута

8.5. Фториды

8.5.1. Фторид бария

8.5.2. Фторид церия

8.6. Массивные быстрые сцинтиллирующие кристаллы

8.6.1. Силикат гадолиния

8.6.2. Вольфрамат свинца

8.7. Малогабаритные быстрые тяжелые сцинтилляторы

8.7.1. Силикат лютеция

8.7.2. Алюминат лютеция

8.7.3. Перовскит

8.8. Предельное энергетическое разрешение.

8.9. Радиационная стойкость
Тема 9.РАЗДЕЛЕНИЕ ЧАСТИЦ ПО ФОРМЕ ИМПУЛЬСА

9.1. Форма импульса в органическом сцинтилляторе

9.1.1. Дискриминация излучений по форме импульса

9.2. Идентификация излучений счетчиками с неорганическими кристаллами

9.2.1. Иодид цезия

9.2.2. Фторид бария

9.3. Фосвич-детекторы
Тема 10. ВРЕМЕННÁЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ

10.1. Длительность световых сигналов

10.2. Временные флуктуации в ФЭУ

10.3. Временнóе разрешение

10.3.1. Вводные замечания

10.3.2. Неорганические кристаллы

10.3.3. Органические сцинтилляторы

10.3.4. Неорганические сцинтилляторы с быстрым откликом

10.4. Дискриминация со следящим порогом

10.5. Протяженные сцинтилляторы
Тема11. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

11.1. Зонная структура

11.2. Формирование p?n-перехода

11.3. Энергетическое разрешение

11.4. Типы кремниевых детекторов

11.5. Время собирания заряда

11.6. Германиевые детекторы

11.7. Использование в экспериментах с релятивистскими частицами

11.7.1. Координатные детекторы
Тема12. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ПОЛНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ

12.1. Вводные замечания

12.2. Электромагнитные калориметры

12.2.1. Пространственная картина ливней

12.2.2. Калориметры на монокристаллах:

Иодид натрия

Германат висмута

Иодид цезия

Вольфрамат свинца

12.2.3.Калориметры на основе пластмассовых сцинтилляторов

12.3. Адронные калориметры
Тема 13. ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

13.1. Вакуумные ФЭУ

13.1.1.Координатные приборы на основе сцинтиллирующего волокна

13.2. Гибридные фотодиоды

13.3. Твердотельные фотоумножители

13.4. Приборы с зарядовой связью

13.5. Электронно-оптические преобразователи

13.6. Сравнение характеристик
Тема 14. ИОНИЗАЦИОННЫЕ ГАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

14.1. Электроны и ионы в газах

14.2. Ионизационные камеры, пропорциональные и газоразрядные счетчики

14.3. Многопроволочные и стриповые пропорциональные камеры

14.4 Камеры с узкими газовыми промежутками

14.4.1. Микросетчатая газовая структура

14.4.2. Счетчик Пестова и резистивные пластинчатые камеры

14.5. Дрейфовые камеры

14.6. Дрейфовые трубки

14.6.1. Регистрация переходного излучения
Тема 15. ГАЗОВЫЕ КООРДИНАТНЫЕ ФОТОДЕТЕКТОРЫ

15.1. Фоточувствительные газы

15.2. Фотокатоды из CsI

15.3. Лавинные ФЭУ

15.4. Тонкие электронные умножители
Тема 16. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЦИНТИЛЛЯЦИЙ В БЛАГОРОДНЫХ ГАЗАХ

16.1. Механизм люминесценции

16.2. Сцинтилляционные свойства

16.3. Электролюминесценция. Пропорциональные счетчики

16.4. Жидкостные детекторы
Тема 17. ДЕТЕКТОРЫ ЧЕРЕНКОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

17. 1. Черенковские радиаторы

17.2 Аэрогельные счетчики

17.3. РИЧ-детекторы

17.4. Калориметры

17.4.1. Детектирование электромагнитных ливней

17.4.2. Калориметры с кварцевыми волокнами

17.4.3. Сцинтилляционно-черенковские калориметры

17.5. Водяные детекторы для поиска осцилляций нейтрино, регистрации ливней от космических частиц сверхвысоких энергий и нейтринной астрономии
Тема 18. Синхротронное излучение и его детектирование

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Ю.К. Акимов, обзоры:

- Детекторы ядерных излучений на основе неорганических сцинтилляторов.

Физика элементарных частиц и атомного ядра. 1994. Том 25. Вып. 1. С. 229.

- Детекторы ядерных излучений на основе пластических сцинтилляторов.

Физика элементарных частиц и атомного ядра. 1994. Том 25. Вып. 2. С. 496.

- Позиционно-чувствительные детекторы ядерных излучений. Приборы и

Техника Эксперимента. 1994. № 6. С. 6

- Сцинтилляции в благородных газах и их использование. Приборы и Техника

Эксперимента. 1998. № 6. С. 5

- Черенковские детекторы в физике частиц. Ядерная физика. 2004. Том 67. №

7. С. 1410.

- К. Клайнкнехт. Детекторы корпускулярных излучений, М: Издательство

Мир, 1990.

- Ю.К. Акимов и др. Полупроводниковые детекторы в экспериментальной

физике, М: Энергоатомиздат, 1989.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
- В.П. Зрелов. Излучение Вавилова-Черенкова и его применение в физике

высоких энергий, М: Атомиздат, 1968.

- Ю.К. Акимов. Области применений аэрогелей (обзор). Приборы и Техника

Эксперимента. 2003. № 3. С. 5

- Ю.К. Акимов. Сцинтилляционные методы регистрации частиц

больших энергий. М.: Изд-во МГУ, 1962; New York and London:

Academic Press, 1965.

- Ю.К. Акимов и др. Быстродействующая электроника для регистрации

ядерных частиц, М: Атомиздат, 1960.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯМ
Материал излагается в виде лекций, содержащих сведения по методам регистрации как из вышеуказанной литературы, так и, еще в большей мере, из текущей журнальной периодики. Основная терминология дается также на английском языке. Отмечается, что можно прочитать в электронном виде. Студентам предоставляется возможность иметь ксерокопии материала лекций. Перед экзаменом проводится консультация.