ЧЕРЕНКОВСКИЙ СЧЁТЧИК

Детектор для регистрации заряж. ч-ц, в к-ром используется Черенкова Вавилова излучение. При движении заряж. ч-цы в среде со скоростью v, превышающей фазовую скорость света c/n в данной среде (n — показатель преломления среды), ч-ца излучает в направлении, составляющем угол q с её траекторией. Угол q связан со скоростью ч-цы v и показателем преломления среды га соотношением:

cosq=c/vn=1/bn, b=v/c. (1)

Интенсивность W черенковского излучения на 1 см пути заряж. ч-цы в интервале длин волн от l1 до l2 выражается соотношением:

Здесь Z — заряд ч-цы (в ед. элементарного электрич. заряда). В Ч. с. свет излучается только ч-цами, скорости к-рых v ?c/n (b? 1/n), причём излучение происходит одновременно с прохождением ч-цы под углом q к её траектории. С ростом v (надпороговой) растут угол q и интенсивность излучения. Для предельных скоростей, близких к скорости света 1-b?1, угол q достигает предельного значения:

qмaкс=arccos(1/n). (3)

Осн. элементы Ч. с.: радиатор (в-во, в к-ром v >с/n), оптич. система, фокусирующая свет, и один или неск. фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), преобразующих световой сигнал в электрический (см. рис.). Радиаторы изготавливают из тв., жидких и газообразных в-в.

Схема стандартного газового порогового черенковского счётчика. Черенковское излучение собирается на катод ФЭУ с помощью оптич. системы, состоящей из плоского зеркала и кварцевой линзы.

Они должны быть прозрачны к черенковскому излучению и иметь низкий уровень сцинтилляций, создающих фоновые сигналы. Для регистрации ч-ц, обладающих сравнительно небольшой скоростью, используются органич. стекло (n=1,5), свинцовое стекло (n=1,5) и вода (n=1,33).

Ч. с. широко применяются в экспериментах на ускорителях заряж. ч-ц. С ростом энергии ускорителей и, следовательно, с ростом энергии ч-ц особенно широкое применение получили газовые Ч. с., к-рые могут выделять ч-цы ультрарелятивистских скоростей, для к-рых (1-b)<-1. Угол q в газе очень мал (n близко к 1), мала и интенсивность излучения на ед. пути заряж. ч-цы. Чтобы получить вспышку света, достаточную для регистрации, приходится увеличивать длину газовых Ч. с. до 10 м и более. Газовые Ч. с. позволяют плавно менять га изменением давления газа.

Существуют Ч. с. 3 типов: пороговые, дифференциальные и счётчики полного поглощения. Осн. хар-ками Ч. с. являются эффективность регистрации и разрешающая способность по скорости ч-ц, т. е. способность счётчика разделять две ч-цы, движущиеся с близкими скоростями. Пороговый Ч. с. должен регистрировать все ч-цы со скоростями, большими нек-рой (пороговой). Дифф. Ч. с. регистрируют ч-цы, движущиеся в интервале скоростей от v1 до v2. В традиц. дифф. Ч. с. это достигается выделением оптич. системой света, излучаемого в интервале соответствующих углов от q1 до q2. Линза или сферич. зеркало, помещённое на пути черенковского излучения, фокусирует свет, излучённый под углом О, в кольцо с радиусом R=fq, где f — фокусное расстояние линзы или зеркала. Если в фокусе системы поместить щелевую кольцевую диафрагму, а за диафрагмой один или неск. ФЭУ, то в такой системе свет будет зарегистрирован только для ч-ц, излучающих свет в определённом интервале углов, т. е. имеющих скорости, лежащие в заданном диапазоне. В дифф. Ч. с. с прецизионной оптич. системой можно выделить ч-цы, к-рые по величине b отличаются всего на 10-6 от др. ч-ц. Такие Ч. с. требуют особого контроля давления газа и формирования параллельного пучка ч-ц. Ч. с. полного поглощения предназначены для регистрации и спектрометрии электронов и g-квантов. В отличие от рассмотренных Ч. с., в к-рых частица теряла в радиаторе ничтожно малую долю энергии, Ч. с. полного поглощения содержит блок радиаторов большой толщины, в котором электрон или g-квант образует электронно-фотонную лавину и теряет всю (или большую часть) энергию. Как правило, радиаторы в этом случае изготавливают из стекла с большим содержанием Pb; при толщине 40 см в нём может практически полностью тормозиться электрон с энергией до 10 ГэВ. Кол-во света, излучаемого в Ч. с. полного поглощения, пропорционально энергии первичного электрона или g-кванта. Разрешающая способность Ч. с. полного поглощения (по энергии) зависит от энергии ? ч-цы и для самых чувствительных ФЭУ может быть выражена ф-лой: D?=(8—12)% ??, где ?— энергия электрона в ГэВ.