Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка и исследование сцинтилляционных детекторов в экспериментах на ускорителях и коллайдерах

Диссертация: Разработка и исследование сцинтилляционных детекторов в экспериментах на ускорителях и коллайдерах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Сцинтилляционный метод детектирования ионизирующих излучений в течение последних десятилетий является одним из основных способов регистрации и спектрометрии. Он позволяет непосредственно или по вторичным процессам детектировать все виды излучений. Его преимущества — малое разрешающее время, высокая эффективность регистрации косвенно ионизирующего излучения, возможность раздельной регистрации… Читать ещё >

Разработка и исследование сцинтилляционных детекторов в экспериментах на ускорителях и коллайдерах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Сцинтилляционные детекторы установки ВЕС
    • 1. 1. Пучковый годоскоп
    • 1. 2. Активная мишень
    • 1. 3. Охранная система вокруг мишени. Счетчик на 11 взаимодействие в мишени
    • 1. 4. Широкоапертурный годоскоп
    • 1. 5. Охранная система вокруг электромагнитного 17 калориметра
    • 1. 6. Краткое описание возможностей системы 18 сцинтилляционных детекторов установки
  • 2. Новый электромагнитный калориметр в области 20 малых углов установки DELPHI
    • 2. 1. Изготовление прототипа и исследование его 20 характеристик
      • 2. 1. 1. Конструктивные особенности 21 прототипа
      • 2. 1. 2. Экспозиция прототипа на пучке. 23 Измеренные характеристики
    • 2. 2. Калориметр STIC
      • 2. 2. 1. Структура калориметра
      • 2. 2. 2. Поглотитель
      • 2. 2. 3. Сцинтиллятор
      • 2. 2. 4. Сборка калориметра
      • 2. 2. 5. Кремниевый детектор максимума 36 ливня
      • 2. 2. 6. Сцинтилляционный годоскоп
      • 2. 2. 7. Краткие характеристики детектора
  • 3. Изготовление сцинтиллятора для 41 пластинчатого адронного калориметра установки ATLAS и исследование его характеристик
    • 3. 1. Требования к качеству сцинтилляционных 43 пластин
    • 3. 2. Производство сцинтилляционных пластин
      • 3. 2. 1. Литье сцинтиллятора под давлением
      • 3. 2. 2. Исследование исходных материалов. 48 Оптимизация спектросмещающих добавок
      • 3. 2. 3. Однородность световыхода. Длина 50 затухания
  • 3. 3 Долговременная стабильность сцинтиллятора
    • 3. 4. Радиационная стойкость литьевого 55 сцинтиллятора
    • 3. 5. Измерения на тестовых пучках
  • Заключение 62 Библиография

Сцинтилляционный метод детектирования ионизирующих излучений в течение последних десятилетий является одним из основных способов регистрации и спектрометрии. Он позволяет непосредственно или по вторичным процессам детектировать все виды излучений. Его преимущества — малое разрешающее время, высокая эффективность регистрации косвенно ионизирующего излучения, возможность раздельной регистрации излучений различных видов и др. — могут быть реализованы в различной сцинтилляционной ядерно-физической аппаратуре.

В диссертации описываются детекторы, изготовленные на базе органических пластмассовых сцинтилляторов. Последние представляют собой раствор одной или двух спектросмещающих добавок в определенной пластмассовой основе. Заряженная частица, проходя сквозь вещество сцинтиллятора, оставляет за собой возбужденные молекулы, которые высвобождают небольшую часть полученной энергии в оптическом диапазоне. Процесс образования сцинтилляций особенно значителен в пластмассах, содержащих ароматические кольца (полистирол, поливинилтолуол и другие). Указанные пластмассы обычно составляют основу сцинтиллятора. В чистом виде основа также способна испускать фотоны, но в ультрафиолетовом диапазоне и с малой длиной затухания. Для увеличения длины затухания применяются различные первичные спектросмещающие добавки. Типичная концентрация первичной добавки лежит в пределах 1−2% по весу. За счет эффекта флюоресценции происходит переизлучение фотонов в более длинную область волн, поэтому одним из основных требований к первичной добавке является большое стоксово смещение — разница между максимумами спектров испускания и поглощения. Использование вторичных добавок существенно для более точного соответствия спектра испускания сцинтиллятора с областью максимальной чувствительности фотоприемника.

Пластмассовые сцинтилляторы являются надежными и удобными в использовании. Однако они обладают специфичными особенностями, которые следует учитывать при проектировании и последующей работе. Сцинтилляторы со временем теряют свои свойства (стареют). Воздействие повышенной температуры, паров растворителей, радиации, механические прогибы, неосторожное обращение усугубляют ситуацию. На самой уязвимой области пластмассовых сцинтилляторов — поверхности — образуются микротрещины, ведущие к быстрому ухудшению в передаче света за счет полного внутреннего отражения. К такому же эффекту приводит загрязнение масляной пленкой или отпечатками пальцев. Воздействие радиации на сцинтилляторы выше некоторых пределов может привести к необратимому снижению световыхода и уменьшению прозрачности. Световыход в сцинтилляторах может меняться от воздействия магнитного поля.

Несмотря на указанные недостатки применение сцинтилляторов в физике высоких энергий очень разнообразно. В диссертации описано их использование в эксперименте на фиксированной мишени в качестве разнообразных счетчиков, в эксперименте на встречных электрон-позитронных пучках как активной среды электромагнитного калориметра и в планируемом эксперименте на протон-протонном пучке как заполнителя адронного калориметра.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. В первой главе говорится о системе сцинтилляционных детекторов установки ВЕС. Описываются возможности детекторов, приводятся их основные характеристики. Отмечается удовлетворительная работа на протяжении 10 лет эксплуатации. Вторая глава касается разработки и изготовления нового электромагнитного калориметра STIC в области малых углов установки DELPHI. Рассказывается о причинах замены старого калориметра и высоких технических требованиях, выдвигаемых к новому. Описывается разработка и создание небольшого прототипа. Приводятся результаты его испытаний на тестовых пучках. Утверждается, что параметры, достигнутые прототипом, доказывают возможность изготовления полномасштабного детектора. Подробно говорится об изготовлении последнего. Даются его характеристики, полученные после установки калориметра на штатное место. Указывается о достижении детектором проектных предписаний. Третья глава посвящена изготовлению сцинтилляционных пластин для адронного калориметра установки ATLAS и исследованию их свойств. Подчеркивается преимущество метода литья под давлением перед остальными при массовом производстве. Детально исследуются такие характеристики литьевого сцинтиллятора как световыход, прозрачность, радиационная стойкость и старение.

Основные результаты диссертации:

Разработана и создана система сцинтилляционных детекторов спектрометра ВЕС. В составе спектрометра система участвует в выработке триггера нулевого и первого уровней, при off-line обработке записанных событий. Система успешно работает в течение 10 лет.

Разработан и изготовлен прототип электромагнитного калориметра в области малых углов установки DELPHI. Энергетическое разрешение прототипа составило -3% (для 45 ГэВ электронов), пространственная неоднородность отклика находится в пределах ±2% для наихудшего случая, координатное разрешение на границе (±1 мм) между кольцами составило -2 0 0 цм. На основании приобретенного опыта был изготовлен полномасштабный калориметр STIC. С начала 1994 года калориметр был установлен внутри установки DELPHI и показал проектные характеристики.

Отработана технология литья под давлением больших (3×200×400 мм3) сцинтилляционных пластин. Всесторонне исследованы их характеристики. Изготовлено около 20 тысяч пластин для инструментации нескольких прототипов адронного калориметра, в том числе три полмомасштабных. Экстенсивная программа по исследованию прототипов на тестовых пучках продемонстрировала их хорошие возможности, которые в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявленным к адронной калориметрии эксперимента ATLAS. Начато производство финальной партии пластин для оснащения рабочих модулей калориметра.

Благодарности.

Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность своим коллегам по экспериментам ВЕС, DELPHI и ATLAS: Д. В. Амелину, Г. М. Беладидзе, Е. Б. Бердникову,.

С.И.Биткжову, Г. В. Борисову, А. Я. Васину, |В. К. Вишне в скому|, Е. В. Власову, В. А. Дорофееву, Р. И. Джелядину, Ю. П. Гузу,.

А.В.Екимову, Ю. М. Иванюшенкову, И. А. Качаеву, Г. А. Ключникову, А. К. Коноплянникову, В. Ф. Константинову, С. В. Копикову,.

М.Е .Кострикову, В. В. Костюхину, А. А. Криушину, |М.А.Кулагину],.

Н.С.Кулешову, В. В. Лапину, С. А. Лиходеду, Т. А. Ломтадзе,.

В.Д.Матвееву, В. Ф. Образцову, А. П. Останкову, Б. Ф. Полякову,.

Д.И.Рябчикову, В. К. Семенову, Г. Г. Сехниаидзе, А. А. Солодкову,.

О.В.Соловьянову, Е. А. Старченко, А. Б. Фенюку, Ю. А. Хохлову, Е. Г. Цхададзе, Е. Н. Чернову.

Я глубоко признателен научному руководителю г-ну имярек за постановку задачи и научное руководство.

Я благодарен коллективу опытно-экспериментального производства, сотрудникам конструкторского и технологического отделов ИФВЭ за выполнение огромного объема работ по изготовлению разнообразного научного оборудования.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. И.Грачев и др., Препринт ИФВЭ 70−98, Протвино 1970
  2. С.И.Битюков и др., Препринт ИФВЭ 94−101, Протвино 1994
  3. Ю.Б.Бушнин и др., Препринт ИФВЭ 88−47, Протвино 1988
  4. Ю.Б.Бушнин и др., Препринт ИФВЭ 88−48, Протвино 1988
  5. С.А.Зимин, М. М. Солдатов, Препринт ИФВЭ 93−71, Протвино 1993
  6. Ю.Б.Бушнин, С. А. Зимин, Препринт ИФВЭ 93−72, Протвино 1993
  7. А.В.Василевский и др., Препринт ИФВЭ 84−2, Протвино 1984
  8. Т.В.Алимова и др., Препринт ИФВЭ 86−35, Протвино 198 6
  9. Г. В.Борисов и др., Препринт ИФВЭ 98−60, Протвино 1998
  10. Н.К.Вишневский и др., Препринт ИФВЭ 94−139, Протвино 1994
  11. P.Aarnio et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A3031991) 233
  12. The DELPHI collaboration, Proposal for the replacement of the Small Angle Calorimeter of DELPHI, CERN LEPC/92−6
  13. A. Benvenuti et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 40 (1993) 537
  14. H.Fessier et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., 228 (1985) 303
  15. H.Fessier et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A240 (1985) 284
  16. B.Loher et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 254 (1987) 26
  17. G.S.Atoyan et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 3 201 992) 144
  18. J.Badier et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 348 (1994) 74
  19. R.Brenner et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A3261993) 198
  20. G.Barichello et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A254 (1987) 111
  21. Ph.Charpentier et al., IEEE Trans. Nucl. Sci., 39 (1992) 903
  22. A. C. Benvenuti et al., STIC, The New DELPHI Luminosity-Monitor, Contribution to the International Conference on Calorimetry, La Biodola, Italy, 1993, DELPHI 94−31, CAL 112
  23. S.J.Alvsvaag et al., The New Small Angle Calorimeter in DELPHI, Contribution to the International Conference on Calorimetry, Brookhaven, USA, 1994, DELPHI 94−148, CAL 118
  24. A. С. Benvenuti et al., The DELPHI Small Angle Tile Calorimeter, Contribution to the IEEE Nuclear Science Symposium, Norfolk, USA, 1994, DELPHI 94−157, CAL 120
  25. M.Bonesini et al., The Small angle Tile Calorimeter project in DELPHI, Contribution to the 4th International Conference on Advanced Technology and Particle Physics, 3−7 Oct 1994, Como, Italy, DELPHI 95−12, CAL 119
  26. T.Camporesi et al., The DELPHI Small angle Tile Calorimeter, Contribution to the 19 94 Beijing Calorimetry Simposium, 14−18 Oct 1994, Beijing, P.R. China, DELPHI 95−14, CAL 123
  27. Е.В.Власов и др., Препринт ИФВЭ 96−14, Протвино 1996
  28. Ю.М.Гуз и др., Препринт ИФВЭ 95−108, Протвино 1995
  29. В.Aubert et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A309 (1991) 438
  30. В.К.Семенов, Состояние и перспективы разработки и применения сцинтилляторов и сцинтилляционных детекторов в XII пятилетке, Тезисы докладов IX Всесоюзной конференции Харьков, АН УССР, с.86
  31. М.Г.Кадыков и др., Препринт ОИЯИ, 13−90−16, Дубна 1990
  32. А.С. Benvenuti et al., Status of the DELPHI Small Angle Tile Calorimeter Project, Contribution to the Europhysics 93 Conference, Marseille, France, 1993, DELPHI 94−32, CAL 113
  33. S.J.Alvsvaag et al., The Silicon Shower Maximum Detector for the STIC, Contribution to 6 Pisa Meeting on Advanced Detectors, La Biodola, Isola d’Elba, Italy, 1994, DELPHI 94 126, CAL 117
  34. M.Paganoni et al., A silicon pad shower maximum detector for a «Shaslik» calorimeter, Contribution to the IEEE Nuclear Science Symposium, Norfolk, USA, 1994, DELPHI 94−158, CAL 121
  35. V.Cassio et al., A silicon pad shower maximum detector for a «Shaslik» calorimeter, Contribution to the 4th International Conference on Advanced Technology and Particle Physics, 3−7 Oct 1994, Como, Italy, DELPHI 95−13, CAL 122
  36. G.Delia Ricca et al., New technology for shower maximum silicon detectors for shashlik calorimeters, Contribution to the European Symposium on Semiconductor Detectors, New Dewelopments in Radiation Detectors, 7−10 May 1995, Schloss Elmau, Germany
  37. ATLAS Collaboration, Technical Proposal for a GeneralPurpose pp Experiment at the Large Hadron Collider at CERN, CERN/LHCC/94−43, LHCC/P2 15 December 1994
  38. A.Bershtein et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A262 (1987)
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!