|
|
Здесь (Hz)≈доля энергии, передаваемая л°-мезонам и сильно ионизующим частицам па единице пути. При S0 ~104 ГэВ это гл. обр. потери на образование я"~ ыеионов (р~(),15 ≈ 0.2- для нуклонов) и каскад поглощается в е раз на длине (5-нб) К, для пионов (3≈4) К, На глубинах х^(2≈3) X большая часть энергии содержится в пионах, и поглощение каскада определяется ими. По мерс уменьшения энергии £0 вс╦ большая е╦ часть уходит на образование сильно ионизующих частиц и поглощение убыстряется. При £0~200≈400 ГаВ каскад поглощается па длине 2 Л, при меньших энергиях. ~К. Поперечный размер каскада при £└^г1'00 ГэВ близок к тп. При 10 ГэВ заметную роль играют нейтроны, образовавшиеся при ядерных расщеплениях. При ;ггом более 90% энергии поглощается в радиусе г~0,5 Я.
Форма каскадных кривых да╦т возможность установить природу попавшей в И. к. частицы (ЭФК значительно короче ядерных). Особенно велика разница формы в случае Pb, W или U, где т0<Х.
Типы и характеристики И. к. Применяются как гомогенные И. к., состоящие из толстого слои сцилтил-лятора, так и слоистые структуры, где слои поглотителя чередуются с детекторами (чаще). В первом случае измор летюя сразу полная ионизация, во втором суммируются ионизации на глубинах х,, где расположены детекторы. В качестве поглощающего вещества используются графит, мрамор, бетон, РЬ, латунь, Fe. Толщина слоя между детекторами выбирается из условия над╦жной интерполяции каскадной кривой между слоями г и i-f 1 (неск. т0). Полная толщина х0 вещества В И. к. зависит от скорости поглощения ядерного каскада. При £0=К.Ю≈500 ГэВ аг└5г(7-5-8) X. Поэтому полное число слоев детекторов п И. к. определяется соотношением т0 и А,. Оптимальное число слоев детекторов (15≈30) осуществляется с поглотителем из Fe. В U.K. с более л╦гкими поглотителями число детекторов меньше, но сильно раст╦т яп. Наиб, компактны И. к. из Pb, W или L', но они требуют большего числа слоев детекторов.
В качестве детекторов применяются полупроводниковые детекторы, ионизационные камеры, пропорциональные камеры, черепковские счетчики, сиинтпилля-циопные детекторы. В экспериментах с космич. лучами используются ионизац. камеры, что позволяет рассчитать.абг, калибровку И. к. [4]. В экспериментах на ускорителях необходимы более быстродействующие детекторы (см. Комбинированные системы де-
Оноргетич. разрешающая способность И. к. со сцин-тилляционными детекторами (900 г/см2 Fe, 30 слосп детекторов) А£/£~ 12≈13% при £0~200≈300 ГэВ
и изменяется ~£~1/г. При низких анергиях высокое разрешение может быть достигнуто увеличением числа детектирующих слоев. Наилучшее разрешение достигается в гомогенных И. к. (~10% при £0~10 ГэВ; -20% при £0~1 ГэВ).
Пространств, разрешение И. к, определяется дли-Вой т└ и типом детектора. Пропорциональные камеры или др. детекторы с высоким пространств, разрешением и толщиной детектирующего промежутка ~т0 позволяют получить пространств, разрешении в урановом И, к. ~1≈3 мм (измеряется поперечное распределение ионизации).
Практические применения. Первый И. к. был создан в 1У57 на Памире для исследования космич. адроновт электронов и фотонов с £└^60≈1000 ГэВ. Он содержал 109 ионизац. камер |3]. В дальнейшем И, к. с ab~(7≈1*0) К и 20≈30 слоями ионизац. камер применялись в сочетании с камерами Вильсона, искровыми камерами, годоскопич. системами сч╦тчиков и с ядерными фотоэмульсиями (рис. 2). Они использовались в экспериментах в горах и на искусств, спутниках Земли («Протон», «Интеркосмос» и др.)- С помощью И. к.
были исследованы спектры первичных космических частиц до £0~10в ГэВ и спектры нек-рых ядор с £0^105 ГэВ, а также взаимодействие адронов с раал. ядрами'(см. Космические лучи).
И, к. используются при исследовании слабых взаимодействий. При взаимодействии нейтрино v,-(i=e, ^) с ядрами происходят реакции с заряженными токами
Космическая частица
Рис. 2. Схема ионизационного калориметра в сочетании с ядерными фотоэмульсиями: -7 ≈ мишень, в которой происходит взаимодействие космической чи-стипы с ядрами, приводящее к поиилшшю у^квантов высоких анергий; 2 ≈ слои РЬ, в которых v-излучсрпге порождает э.;н:ктрошю-фот<>нные каскады;
3 ≈ фотоэмульсии, регистриру-ющие треки заряженных частиц;
4 ≈ слои Fe, тормозящие заряженные частицы; 5 ≈ импульсные ионизационные камеры.
ОООООООО QOQO OO QQOQQ
(где А ≈ ядро, // ≈ заряж. лептой, ;а ≈система вторичных адронов) и реакции с нейтральными токами v,-≈vi-*-v.-fXa« Первые происходят в результате обмена \У+-бозонами, вторые ≈ Z°≈бозонами (см. Электрослабое взаимодействие, Промежуточные векторные бозоны). Т. к. сечение взаимодействия нейтрино с ядрами мало, то мишень должна иметь массу в десятки и сотни тонн. В такой мишени происходит почти полная диссипация энергии вторичных частиц, т, е. она может служить поглотителем И. к., к-рый позволяет одновременно измерить характеристики вторичных частиц. Такая мишень ≈ калориметр реализована, напр., в эксперименте, цель к-рого ≈ исследование свойств нейтральных и заряж. токов (сотрудничество ДЕРН ≈ Гамбург ≈ Амстердам ≈ Рим-Москва).
Установка включает мишень-калориметр из мрамора (поглотитель) и тороидальный магнит из Ке, к-рый служит для измерения импульса рождающихся на ядрах поглотителя мюонов по их отклонению в магн. поле (общая длина установки 20 м, сечение 3X3 м2). Высокое пространств. разрешение обеспечивается сложной структурой детекторных слоев, состоящих из сцинтил-лнционных сч╦тчиков, пропорциональных и стрим-мсркых камер (рис. 3). При исследовании нейтральных токов необходимо определить импульс pv и угол вылета
i&v вторичного нейтрино. Практически измеримыми являются энергия £а и угол вылета т!>а адронной системы, В экспериментах использовался пучок нейтрино с фиксированной энергией <?0. Величины 8 , р , О
связаны с £0, Фа, р^, £а соотношениями:
(3)
А = Sl Sill -&1 -1- (£└ }- <?v COS
sn
cos
В случае заряж. токов vff и ре измеряются непосредственно.
Точка взаимодействия нейтрино с веществом определяется с помощью дрейфовых и стримерных камер, энергия адронов £а ≈ с помощью сцинтиляционных сч╦тчиков, а угол Фа по распределению амплитуд сигналов сцинтилляционных сч╦тчиков в поперечном направлении. Линия, соединяющая точку взаимодействия с
о
О
191
