СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЦ (Дисциплина специализации, 4 курс, осенний семестр) 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 ВАКУМНЫМ 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 сцинтилляторах1.2.3. 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 ФЭУ1.7. Шумы 1.7.1 ПослеимпульсыТема 2. РАЗНОВИДНОСТИ ФЭУ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2.!. Определения чувствительности фотокатодов2.2. Спектральные характеристики различных типов фотокатодов2.3. Коэффициент сбора фотоэлектронов2.4. 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 ФОТОКАТОД3.1. Полное внутреннее отражение3.2. Потери света на границах сред с различными показателями преломления 3.3 Способы увеличения чувствительности ФЭУ 3.4. Смещение светового спектра3.5. Отражающие поверхности 3.5.1. Зеркальное отражение 3.5.2. Диффузное отражение3.5.3. Новые типы отражателей 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 фотодиоды7.3. Фотодиоды на основе компаундных полупроводников 7.4. Энергетическое разрешение фотодиодов7.5. Кремниевые лавинные фотодиоды7.5.1. Энергетическое разрешение 7.5.2. Регистрация слабых световых вспышек 7.6. Сравнение характеристик твердотельных и вакуумных фотоприемниковТема 8. СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ СЧЕТЧИКИ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ 8.1. Общие вопросы8.2. Иодид натрия8.3. Иодид цезия8.4. Германат висмута 8.5. Фториды 8.5.1. Фторид бария8.5.2. 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. Перовскит8.8. Предельное энергетическое разрешение. 8.9. Радиационная стойкостьТема 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 pn-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 замечания12.2. Электромагнитные калориметры 12.2.1. Пространственная картина ливней 12.2.2. Калориметры на монокристаллах: Иодид натрия Германат висмута Иодид цезия Вольфрамат свинца12.2.3.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 фотоумножители13.4. 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 трубки14.6.1. Регистрация переходного излучения Тема 15. ГАЗОВЫЕ КООРДИНАТНЫЕ ФОТОДЕТЕКТОРЫ 15.1. Фоточувствительные газы 15.2. Фотокатоды из CsI15.3. Лавинные ФЭУ 15.4. Тонкие электронные умножителиТема 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 радиаторы17.2 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 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА __Ю.К.Акимов Фотонные методы регистрации излучений. Изд.-во ОИЯИ, 2006г. Ю.К. Акимов и др. Полупроводниковые детекторы ядерных излучений. Изд.-во ОИЯИ, Дубна 2009. К. Клайнкнехт. Детекторы корпускулярных излучений, М: Издательство Мир, 1990. ^ 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. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 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. Программу составилпрофессор Ю.К.Акимов