Детекторы частиц
Детектор частиц, детектор элементарных частиц, детектор ионизирующего излучения в экспериментальной физике элементарных частиц — устройство, предназначенное для обнаружения и измерения параметров атомных и субатомных частиц высокой энергии, таких как космические лучи или частиц, рождающихся при ядерных распадах или в ускорителях.
Основные типы
Устаревшие
Детекторы для радиационной защиты
Детекторы для ядерной физики и физики элементарных частиц
- Годоскопические камеры
- Ионизационный калориметр
- Искровая камера
- RICH
- Детектор переходного излучения
- Счетчики
- Оптические счетчики
- Сцинтилляционный счетчик
- Детектор черенковского излучения
- Твердотельные счетчики
- Полупроводниковый детектор
- Кристаллический детектор
- Газонаполненные счетчики
- Ионизационная камера
- Пропорциональная камера
- Счетчик Гейгера-Мюллера
- Оптические счетчики
- Трековые детекторы
- Диффузионная камера
- Стримерная камера
- Времяпроекционная камера
- Масс-анализаторы
- Масс-спектрометр
- Масс-спектрограф
Детекторы для экспериментов на встречных пучках
В физике элементарных частиц понятие «детектор» относится не только к различного типа датчикам для регистрации частиц, но и к большим установкам, созданным на их основе и включающим в себя также инфраструктуру для поддержания их работоспособности (криогенные системы, системы кондиционирования, электропитания), электронику для считывания и первичной обработки данных, вспомогательные системы (напр. сверхпроводящие соленоиды для создания внутри установки магнитного поля). Как правило, такие установки сейчас создаются большими международными группами.
Поскольку постройка большой установки требует значительных финансовых затрат и человеческих усилий, в большинстве случаев она применяется не для одной определённой задачи, а для целого спектра различных измерений. Основными требованиями, предъявляемыми к современному детектору для экспериментов на ускорителе являются:
- Высокая эффективность (малый процент потерянных частиц или частиц с плохо определёнными параметрами)
- Способность к разделению различных типов частиц, образующихся в распаде (пионов, каонов, протонов и т. д.)
- Способность точного измерения импульса заряженных частиц для восстановления инвариантной массы нестабильных состояний.
- Способность точного измерения энергии фотонов.
Для специфических задач могут потребоваться дополнительные требования, например, для экспериментов, измеряющих CP-нарушение в системе B-мезонов важную роль играет координатное разрешение в области взаимодействия пучков.
Необходимость выполнения этих условий приводит к типичной на сегодняшний день схеме универсального многослойного детектора. В англоязычной литературе такую схему принято сравнивать с луковицей (onion-like structure). В направлении от центра (области взаимодействия пучков) к периферии типичный детектор для ускорителя на встречных пучках состоит из следующих систем:
Трековая система
Трековая система предназначена для регистрации траектории прохождения заряженной частицы: координат области взаимодействия, углов вылета. В большинстве детекторов трековая система помещена в магнитное поле, что приводит к искривлению траекторий движения заряженных частиц и позволяет определить их импульс и знак заряда.
Трековая система обычно выполняется на основе или полупроводниковых кремниевых детекторов.
Система идентификации
Система идентификации позволяет отделить друг от друга различные типы заряженных частиц. Принцип работы систем идентификации чаще всего заключается в измерении скорости пролёта частицы одним из трех способов:
- по углу излучения черенковского света в специальном радиаторе (а также по самому факту наличия или отсутствия черенковского излучения),
- по времени пролёта до точки регистрации,
- по плотности удельной ионизации вещества.
Совместно с измерением импульса частицы в трековой системе это дает информацию о массе, а, следовательно, и о типе частицы.
Калориметр
Калориметр предназначен для измерения энергии частиц путём их полного поглощения. Это единственный способ регистрации фотонов (так как они не являются заряженными и, следовательно, не оставляют следов в трековой системе). Фотоны и электроны образуют в веществе и, таким образом, полностью поглощаются. Выделенная энергия может быть измерена либо по величине вспышки сцинтилляционного света (сцинтилляционные калориметры), либо путём подсчета частиц ливня (семплинг-калориметры).
Мюонная система
Мюонную систему можно отнести к системе идентификации, но технически она реализуется отдельно во внешней части детектора. Чаще всего она встраивается в железо, замыкающее магнитный поток соленоида трековой системы. Мюонная система позволяет отделить мюоны по их способности проходить большие расстояния в веществе без поглощения (это является следствием того, что мюон не испытывает ядерного взаимодействия).
Список работающих или строящихся детекторов для ускорителей на встречных пучках
- Детекторы на коллайдере LHC (CERN)
- ATLAS
- CMS
- LHCb
- Alice
- Детекторы на коллайдере Tevatron
- CDF
- D0
- Детекторы на электрон-позитронных коллайдерах
- BaBar (коллайдер PEP-II, SLAC)
- Belle (коллайдер KEKB, KEK)
- BES (коллайдер BEPC, Пекин)
- CLEO (коллайдер CESR)
- КЕДР (коллайдер ВЭПП-4, Институт ядерной физики СО РАН, Новосибирск)
- КМД, СНД (коллайдер ВЭПП-2М, ВЭПП-2000, Институт ядерной физики СО РАН, Новосибирск)
Прикладное применение
Помимо научных экспериментов, детекторы элементарных частиц находят применение и в прикладных задачах — в медицине (рентгеновские аппараты с малой дозой облучения, томографы, лучевая терапия), материаловедении (дефектоскопия), для предполетного досмотра пассажиров и багажа в аэропортах.
Литература
- K. Групен. Детекторы элементарных частиц. Новосибирск. Сибирский хронограф, 1999.
- Б. С. Ишханов, И. М. Капитонов, Э. И. Кэбин, Web-публикация на основе учебного пособия Б. С. Ишханов, И. М. Капитонов, Э. И. Кэбин. «Частицы и ядра. Эксперимент», М.: Издательство МГУ, 2005. Архивная копия от 4 февраля 2009 на Wayback Machine
- The Particle Detector BriefBook
- How to Build a Cloud Chamber Архивная копия от 12 мая 2011 на Wayback Machine
- Grupen, C. (June 28-July 10 1999). Physics of Particle Detection. AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII. Vol. 536. Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Co. pp. 3–34. doi:10.1063/1.1361756.
{{cite conference}}: Проверьте значение даты:|date=(справка) - Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений / В. К. Ляпидевский.. — М.: Атомиздат, 1973. — 179 с.
- Николаев, В. А. Твердотельные трековые детекторы в радиационных исследованиях / Николаев, В. А.. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. — 284 с. — ISBN 978-5-7422-3530-9.
- Пропорциональные и дрейфовые камеры / Международное совещание по методике проволочных камер (17 - 20 июня 1975 ; Дубна) .. — Дубна: Изд-во Объед. инст. яд. исслед., 1975. — 344 с. — ISBN 978-5-7422-3530-9.
- Акимов, Ю. К. Газовые детекторы ядерных излучений. — Дубна: ОИЯИ, 2011. — 243 с. — ISBN 978-5-9530-0272-1.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Детекторы частиц, Что такое Детекторы частиц? Что означает Детекторы частиц?
Detektor chastic detektor elementarnyh chastic detektor ioniziruyushego izlucheniya v eksperimentalnoj fizike elementarnyh chastic ustrojstvo prednaznachennoe dlya obnaruzheniya i izmereniya parametrov atomnyh i subatomnyh chastic vysokoj energii takih kak kosmicheskie luchi ili chastic rozhdayushihsya pri yadernyh raspadah ili v uskoritelyah Osnovnye tipyUstarevshie Puzyrkovaya kamera Kamera Vilsona Iskrovaya kamera Detektory dlya radiacionnoj zashity Detektory dlya yadernoj fiziki i fiziki elementarnyh chastic Godoskopicheskie kamery Ionizacionnyj kalorimetr Iskrovaya kamera RICH Detektor perehodnogo izlucheniya Schetchiki Opticheskie schetchiki Scintillyacionnyj schetchik Detektor cherenkovskogo izlucheniya Tverdotelnye schetchiki Poluprovodnikovyj detektor Kristallicheskij detektor Gazonapolnennye schetchiki Ionizacionnaya kamera Proporcionalnaya kamera Schetchik Gejgera Myullera Trekovye detektory Diffuzionnaya kamera Strimernaya kamera Vremyaproekcionnaya kamera Mass analizatory Mass spektrometr Mass spektrografDetektory dlya eksperimentov na vstrechnyh puchkahV fizike elementarnyh chastic ponyatie detektor otnositsya ne tolko k razlichnogo tipa datchikam dlya registracii chastic no i k bolshim ustanovkam sozdannym na ih osnove i vklyuchayushim v sebya takzhe infrastrukturu dlya podderzhaniya ih rabotosposobnosti kriogennye sistemy sistemy kondicionirovaniya elektropitaniya elektroniku dlya schityvaniya i pervichnoj obrabotki dannyh vspomogatelnye sistemy napr sverhprovodyashie solenoidy dlya sozdaniya vnutri ustanovki magnitnogo polya Kak pravilo takie ustanovki sejchas sozdayutsya bolshimi mezhdunarodnymi gruppami Poskolku postrojka bolshoj ustanovki trebuet znachitelnyh finansovyh zatrat i chelovecheskih usilij v bolshinstve sluchaev ona primenyaetsya ne dlya odnoj opredelyonnoj zadachi a dlya celogo spektra razlichnyh izmerenij Osnovnymi trebovaniyami predyavlyaemymi k sovremennomu detektoru dlya eksperimentov na uskoritele yavlyayutsya Vysokaya effektivnost malyj procent poteryannyh chastic ili chastic s ploho opredelyonnymi parametrami Sposobnost k razdeleniyu razlichnyh tipov chastic obrazuyushihsya v raspade pionov kaonov protonov i t d Sposobnost tochnogo izmereniya impulsa zaryazhennyh chastic dlya vosstanovleniya invariantnoj massy nestabilnyh sostoyanij Sposobnost tochnogo izmereniya energii fotonov Dlya specificheskih zadach mogut potrebovatsya dopolnitelnye trebovaniya naprimer dlya eksperimentov izmeryayushih CP narushenie v sisteme B mezonov vazhnuyu rol igraet koordinatnoe razreshenie v oblasti vzaimodejstviya puchkov Uslovnoe izobrazhenie mnogoslojnogo universalnogo detektora dlya uskoritelya na vstrechnyh puchkah Neobhodimost vypolneniya etih uslovij privodit k tipichnoj na segodnyashnij den sheme universalnogo mnogoslojnogo detektora V angloyazychnoj literature takuyu shemu prinyato sravnivat s lukovicej onion like structure V napravlenii ot centra oblasti vzaimodejstviya puchkov k periferii tipichnyj detektor dlya uskoritelya na vstrechnyh puchkah sostoit iz sleduyushih sistem Trekovaya sistema Trekovaya sistema prednaznachena dlya registracii traektorii prohozhdeniya zaryazhennoj chasticy koordinat oblasti vzaimodejstviya uglov vyleta V bolshinstve detektorov trekovaya sistema pomeshena v magnitnoe pole chto privodit k iskrivleniyu traektorij dvizheniya zaryazhennyh chastic i pozvolyaet opredelit ih impuls i znak zaryada Trekovaya sistema obychno vypolnyaetsya na osnove ili poluprovodnikovyh kremnievyh detektorov Sistema identifikacii Sistema identifikacii pozvolyaet otdelit drug ot druga razlichnye tipy zaryazhennyh chastic Princip raboty sistem identifikacii chashe vsego zaklyuchaetsya v izmerenii skorosti prolyota chasticy odnim iz treh sposobov po uglu izlucheniya cherenkovskogo sveta v specialnom radiatore a takzhe po samomu faktu nalichiya ili otsutstviya cherenkovskogo izlucheniya po vremeni prolyota do tochki registracii po plotnosti udelnoj ionizacii veshestva Sovmestno s izmereniem impulsa chasticy v trekovoj sisteme eto daet informaciyu o masse a sledovatelno i o tipe chasticy Kalorimetr Kalorimetr prednaznachen dlya izmereniya energii chastic putyom ih polnogo poglosheniya Eto edinstvennyj sposob registracii fotonov tak kak oni ne yavlyayutsya zaryazhennymi i sledovatelno ne ostavlyayut sledov v trekovoj sisteme Fotony i elektrony obrazuyut v veshestve i takim obrazom polnostyu pogloshayutsya Vydelennaya energiya mozhet byt izmerena libo po velichine vspyshki scintillyacionnogo sveta scintillyacionnye kalorimetry libo putyom podscheta chastic livnya sempling kalorimetry Myuonnaya sistema Myuonnuyu sistemu mozhno otnesti k sisteme identifikacii no tehnicheski ona realizuetsya otdelno vo vneshnej chasti detektora Chashe vsego ona vstraivaetsya v zhelezo zamykayushee magnitnyj potok solenoida trekovoj sistemy Myuonnaya sistema pozvolyaet otdelit myuony po ih sposobnosti prohodit bolshie rasstoyaniya v veshestve bez poglosheniya eto yavlyaetsya sledstviem togo chto myuon ne ispytyvaet yadernogo vzaimodejstviya Spisok rabotayushih ili stroyashihsya detektorov dlya uskoritelej na vstrechnyh puchkah Detektory na kollajdere LHC CERN ATLAS CMS LHCb Alice Detektory na kollajdere Tevatron CDF D0 Detektory na elektron pozitronnyh kollajderah BaBar kollajder PEP II SLAC Belle kollajder KEKB KEK BES kollajder BEPC Pekin CLEO kollajder CESR KEDR kollajder VEPP 4 Institut yadernoj fiziki SO RAN Novosibirsk KMD SND kollajder VEPP 2M VEPP 2000 Institut yadernoj fiziki SO RAN Novosibirsk Prikladnoe primeneniePomimo nauchnyh eksperimentov detektory elementarnyh chastic nahodyat primenenie i v prikladnyh zadachah v medicine rentgenovskie apparaty s maloj dozoj oblucheniya tomografy luchevaya terapiya materialovedenii defektoskopiya dlya predpoletnogo dosmotra passazhirov i bagazha v aeroportah LiteraturaDetektory elementarnyh chastic Mediafajly na Vikisklade K Grupen Detektory elementarnyh chastic Novosibirsk Sibirskij hronograf 1999 B S Ishhanov I M Kapitonov E I Kebin Web publikaciya na osnove uchebnogo posobiya B S Ishhanov I M Kapitonov E I Kebin Chasticy i yadra Eksperiment M Izdatelstvo MGU 2005 Arhivnaya kopiya ot 4 fevralya 2009 na Wayback Machine The Particle Detector BriefBook How to Build a Cloud Chamber Arhivnaya kopiya ot 12 maya 2011 na Wayback Machine Grupen C June 28 July 10 1999 Physics of Particle Detection AIP Conference Proceedings Instrumentation in Elementary Particle Physics VIII Vol 536 Istanbul Dordrecht D Reidel Publishing Co pp 3 34 doi 10 1063 1 1361756 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite conference title Shablon Cite conference cite conference a Proverte znachenie daty date spravka Poluprovodnikovye detektory v dozimetrii ioniziruyushih izluchenij V K Lyapidevskij M Atomizdat 1973 179 s Nikolaev V A Tverdotelnye trekovye detektory v radiacionnyh issledovaniyah Nikolaev V A SPb Izd vo Politehn un ta 2012 284 s ISBN 978 5 7422 3530 9 Proporcionalnye i drejfovye kamery Mezhdunarodnoe soveshanie po metodike provolochnyh kamer 17 20 iyunya 1975 Dubna Dubna Izd vo Obed inst yad issled 1975 344 s ISBN 978 5 7422 3530 9 Akimov Yu K Gazovye detektory yadernyh izluchenij Dubna OIYaI 2011 243 s ISBN 978 5 9530 0272 1
