CC BY
11
УДК 539.122.17:548
МНОЖЕСТВЕННОСТЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЛИВНЯХ, ОБРАЗОВАННЫХ ГАММА-КВАНТАМИ В ОРИЕНТИРОВАННОМ КРИСТАЛЛЕ ВОЛЬФРАМА
В. А. Басков1, В. В. Ким1, Б. И. Лучков2, В. Ю. Тугаенко2, В. А. Хабло1
Показано увеличение в ~2 раза средней множественности заряженных частиц в электромагнитных ливнях, инициированных y-квантам,и с энергиями 9-26 ГэВ в ориентированном вдоль оси (111) кристалле вольфрама толщиной 1 мм (T = 77 К) по сравнению с раз ориентированным.
Ключевые слова: электромагнитные ливнн. заряженные частицы, ориентированный кристалл.
Электромагнитные ливни от Y-квантов и электронов, развивающиеся в ориентированных кристаллах, отличаются от ливней в разориентированньтх кристаллах и аморфном веществе. Отличие обусловлено разным числом фотонов NY и заряженных частиц Ne с соответствующими величинами энергий на заданной глубине развития ливня. Теория каскадных ливней в кристаллах развита давно [1. 2]. однако экспериментальное определение NY и Ne до сих пор является актуальной задачей. Особенно важно определение множественности в ливнях^ выходящих из ориентированных кристаллов и иници~ ированных Y-квантами, поскольку существует возможность практического использования особенностей развития ливней в ориентированных кристаллах при создании новых типов Y_fleTeKTopoB в Y-aCTP0H0MHH и на ускорителях при создании кристаллических митттеней для получения высокоинтенсивных пучков электронов и позитронов [3].
Настоящая работа представляет экспериментальные результаты измерения средней
Ne
ных Y-квантами с энергией 9-26 ГэВ [4, 5]. Работа была выполнена на установке "Каскад" на электронном канале ускорителя ИФВЭ. Использовался кристалл вольфрама толщиной 1 мм, охлажденный жидким азотом до температуры T = 77 К. Ориента-
1 Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 53; e-mail: baskov@x4u.lebedev.ru.
Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 115549, Москва.
ция кристалла осуществлялась вдоль оси (111). Мозаичность кристалла составляла 1 мрад [6].
Метод определения множественности заряженных частиц в ливне от 7-квантов заключался в том, что за кристаллом помещался пластиковый сцинтилляционный счетчик толщиной 5 мм, сигнал с которого подавался на амплитудный анализатор. По величине сигнала делалось заключение о величине средней ионизации и о среднем числе заряженных частиц в ливне, выходящих из кристалла. Число фотонов электромагнитного ливня, давших конверсию e+e~-nap на толщине счетчика, составляло
8
О 4 8 12 16 20 24
в, мрад
Рис. 1: Ориентационные зависимости средней множественности заряженных частиц Ые в ливне от 7-квантов в кристалле вольфрама толщиной 1 мм ((111), Т = 77 К): 1 - Е1 = 10.0 ГэВ; 2 - Е1 = 15.1 ГэВ; 3 - Е1 = 20.3 ГэВ; 4 - Е1 = 26.0 ГэВ.
На рис. 1 показаны ориентационные зависимости средней множественности заряженных частиц в ливне (Ме) для четырех энергий 7-квантов. Из рисунка видно, что при всех указанных энергиях 7-квантов по мере уменьшения угла ориентации кристалла © (© - угол между импульсом 7-квантов и осью (111)) средняя множественность заряженных частиц в ливне растет. При угле © = 1.2 мрад множественность заряженных частиц в ливне по сравнению с разориентированным кристаллом (© = 22.8 мрад) увеличивается в &1.7 раза для всех указанных энергий 7-квантов. В точке © = 0 измерения проведены не были. Однако, если считать, что зависимость Ие симметрична
©=0
мость Ще в диапазоне А© = 1-3 мрад в точку © = 0, можно предположить, что средняя множественность достигает максимума при © = 0.
10
Он
® Л < 6
4
2
5 10 15 20 25
ЕТ ГэВ
Рис. 2: Изменение ширины ориентационной зависимости А© от энергии 7-квантов Е^ падающих на кристалл вольфрама толщиной 1 мм ((111), Т = 77 К); 1 — А© средней множественности заряженных частиц Ще; 2 — А© среднего энерговыделения (АЕ)
Изменение ширины ориентационной зависимости Ще в ливне, определяемой как ширина ориентационной зависимости на половине высоты, от энергии 7-квантов (при указанной экстраполяции) показана на рис. 2 (кривая 1). Она меньше ширины ориентационной зависимости энерговыделения ливня ((АЕ)) в свинцово-сцинтилляционном счетчике полного поглощения типа "сэндвич" толщиной в 1.2 радиационной длины, стоящем далее за сцинтилляционным счетчиком (кривая 2) [7]. Например, при энергии 7-квантов Е1 = 20 ГэВ ширина ориентационной зависимости Ще составляет ~3.5 мрад, а ширина ориентационной зависимости энерговыделения (АЕ) составляет ~8.5 мрад. Уширение
(АЕ)
ентационной зависимости среднего числа фотонов в ливне (Щ), которая практически равна ширине ориентационной зависимости излучения е+е~-пар [8]. Рис. 2 также пока-
А©
— 1/2
7-квантов как А© = к • Е1 , где к - коэффициент пропорциональности, Е^ ~ энергия 7-квантов.
5 10 15 20 25
ЯгГэВ
Рис. 3: Зависимость средней множественности заряженных частиц в ливне Ые от энергии 7-квантов Е1 и угла ориентации © (кристалл вольфрама толщиной 1 мм, (111), Т = 77 К) :о- © = 1.2 мрад; • - 22.8 мрад.
Зависимость средней множественности заряженных частиц в ливне от энергии 7-квантов для разориентированного кристалла (© = 22.8 мрад) и угла, близкого к углу ориентации кристалла (© = 1.2 мрад), показана на рис. 3. Из рисунка видно, что при толщине кристалла 1 мм средняя множественность заряженных частиц, начиная с Е1 ж 15 ГэВ, практически не меняется и составляет ^3 и ^5 для разориентированного и ориентированного кристалла соответственно. Результаты хорошо согласуются с данными работ [9].
Таким образом, экспериментальные результаты показывают увеличение выхода среднего числа заряженных частиц из ориентированного кристалла по сравнению с разориентированным при развитии в нем ливня от 7-квантов.
Авторы выражают благодарность Е. И. Тамму и Е. И. Малиновскому за поддерж-
ку работы; В. И. Сергиенко за практическое руководство и организацию работ.
ЛИТЕРАТУРА
[1] В. Н. Байер, В. М. Катков, В. М. Страховенко, Электромагнитные процессы при высокой энергии в ориентированных монокристаллах (Изд-во "Наука" СО АН СССР, г. Новосибирск, 1989).
[2] А. И. Ахиезер, Н. Ф. Шульга, ЖЭТФ 85, 94 (1983).
[3] В. А. Басков, В. В. Ким, Б. И. Лучков и др., ПТЭ 6, 10 (1996).
[4] В. А. Басков. В. Б. Ганенко. В. А. Гущин и др. j ВI "Материалы Всесоюзного совещания, "Проблемы, применения, эффектов каналирования, частиц кристаллами в физик,е высоких энергий" (Протвино. ИФРЭ, 1991), стр. 103.
[5] В. А. Басков. В. В. Ким. Б. И. Лучков и др.. Препринт ФИАН Л"2 9 (Москва. ФИАН, 2005).
[6] В. А. Басков, В. В. Ким, И. В. Коноров и др., ПТЭ 5, 58 (1990).
[7] В. А. Басков. В. Б. Ганенко. Б. Б. Говорков и др.. Письма в ЖЭТФ 52. 1082 (1990).
[8] V. A. Baskov. V. В. Ganenko. В. В. Govorkov. et al.. Preprint FIAX 143. (Moscow. LPI, 1988).
[9] R. Moore. M. A. Parker. A. Baurichter, et al.. Xucl. Instrum. Meth. in Phys. Res. 119B, 149 (1996).
Поступила в редакцию 29 апреля 2010 г.
