Детектор Черенкова: принцип работы, излучение, определение скорости частиц. Обнаружение частиц через анализ света, возникающего при превышении скорости света в среде.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Детектор частиц для излучения Черенкова
Particle detector for Cherenkov radiation
Детектор Черенкова (произношение: /tʃɛrɛnˈkɔv/; русский: Черенко́в) – это детектор частиц, использующий пороговую скорость для генерации света, зависимость светоотдачи от скорости или зависимость направления света от скорости излучения Черенкова.
A Cherenkov detector (pronunciation: /tʃɛrɛnˈkɔv/; Russian: Черенко́в) is a particle detector using the speed threshold for light production, the speed dependent light output or the speed dependent light direction of Cherenkov radiation.
Основные
Частица, проходящая через материал со скоростью, превышающей скорость света в этом материале, излучает свет. Это аналогично образованию звукового удара, возникающего, когда самолет движется в воздухе быстрее скорости звука. Излучение света происходит в конусе с углом θc относительно направления движения частицы, где cos(θc) = (c – скорость света в вакууме, n – показатель преломления среды, v – скорость частицы). Таким образом, угол конуса θc напрямую связан со скоростью частицы. Формула Фрэнка — Тамма sin²(θc) определяет количество испускаемых фотонов.
A particle passing through a material at a velocity greater than that at which light can travel through the material emits light. This is similar to the production of a sonic boom when an airplane is traveling through the air faster than sound waves can move through the air. The direction this light is emitted is on a cone with angle θc about the direction in which the particle is moving, with cos(θc) = (c = the vacuum speed of light, n = the refractive index of the medium, and v is the speed of the particle). The angle of the cone θc thus is a direct measure of the particle's speed. The Frank–Tamm formula = sin2θc gives the number of photons produced.
Аспекты
Большинство детекторов Черенкова предназначены для регистрации черенковского света, создаваемого первичной заряженной частицей. Некоторые сенсорные технологии специально нацелены на черенковский свет, создаваемый (также) вторичными частицами, будь то некогерентное излучение, как в случае электромагнитного каскада, или когерентное излучение, например, эффект Аскаряна. Излучение Черенкова присутствует не только в диапазоне видимого или ультрафиолетового света, но и в любом частотном диапазоне, где выполняется условие излучения, то есть в радиочастотном диапазоне. Можно использовать различные уровни информации. Бинарная информация может основываться на наличии или отсутствии зарегистрированного излучения Черенкова. Также можно использовать интенсивность или направление черенковского света. В отличие от сцинтилляционного счетчика, генерация света происходит мгновенно.
Most Cherenkov detectors aim at recording the Cherenkov light produced by a primary charged particle. Some sensor technologies explicitly aim at Cherenkov light produced (also) by secondary particles, be it incoherent emission as occurring in an electromagnetic particle shower or by coherent emission, for example Askaryan effect. Cherenkov radiation is not only present in the range of visible light or UV light but also in any frequency range where the emission condition can be met i. e. in the radiofrequency range. Different levels of information can be used. Binary information can be based on the absence or presence of detected Cherenkov radiation. The amount or the direction of Cherenkov light can be used. In contrast to a scintillation counter the light production is instantaneous.
Типы детекторов
В простом случае порогового детектора пороговая энергия, зависящая от массы, позволяет различать более легкую частицу (излучающую) и более тяжелую частицу (не излучающую) с одинаковой энергией или импульсом. Несколько пороговых ступеней могут быть объединены для расширения охватываемого энергетического диапазона. Детекторы Черенкова с порогом использовались для быстрого измерения времени и времени пролета в детекторах частиц. Более сложные конструкции используют величину производимого света. Регистрируя свет от первичных и вторичных частиц, в калориметре Черенкова общая световая отдача пропорциональна энергии падающей частицы. Детекторы Черенкова, использующие направление света, являются дифференциальными детекторами Черенкова. Регистрируя отдельные положения фотонов Черенкова на позиционно-чувствительной области датчика, детекторы RICH восстанавливают углы Черенкова по зарегистрированным паттернам. Поскольку детекторы RICH предоставляют информацию о скорости частицы, а при известном импульсе частицы (определяемом по магнитному отклонению), объединение этих двух параметров позволяет определить массу частицы и, следовательно, идентифицировать ее тип.
In the simple case of a threshold detector, the mass dependent threshold energy allows the discrimination between a lighter particle (which does radiate) and a heavier particle (which does not radiate) of the same energy or momentum. Several threshold stages can be combined to extend the covered energy range. Cherenkov threshold detectors have been used for fast timing and time of flight measurements in particle detectors. More elaborate designs use the amount of light produced. Recording light from both primary and secondary particles, for a Cherenkov calorimeter the total light yield is proportional to the incident particle energy. Using the light direction are differential Cherenkov detectors. Recording individual Cherenkov photon locations on a position sensitive sensor area, RICH detectors then reconstruct Cherenkov angles from the recorded patterns. As RICH detectors hence provide information on the particle velocity, if the momentum of the particle is also known (from magnetic bending), combining these two pieces of information enables the particle mass to be deduced so that the particle type can be identified.