CC BY
11
УДК 539.1.07
ОРИЕНТАЦИОННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТКЛИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СПЕКТРОМЕТРА С КОНВЕРТЕРОМ ИЗ ОРИЕНТИРОВАННОГО
КРИСТАЛЛА
В. А. Басков1*, В. В. К им1, Б. И. Лучков2, В.Ю. Тугаенко2, В. А. Хабло1
Представлены экспериментальные результаты ■исследования ориентационных зависимостей отклика составного черепковского ливневого спектрометра с конвертером из 1 мм ориентированного вдоль оси (111) кристалла, вольфрама при энергии электронов 28 ГэВ и двух температурах конвертора 293 и 77 К. Параметры каскадной кривой развития, ливня, изменяются, в зависимости от угла ориентации и температуры кристалла. Обнаружено. что на каскадной кривой развития, ливней в спектрометре существует точка S, в которой пересекаются все каскадные кривые при любой ориентации конвертора. Положение данной точки на глубине спектрометра, зависит от температуры конвертора.
Ключевые слова: электромагнитные ливнн. ориентация, кристаллы, высокие энергии.
Аномальные электромагнитные ливни от электронов (позитронов) и 7-квантов с энергиями E > 100 МэВ, развивающиеся в полях осей и плоскостей ориентированных кристаллов, отличаются от стандартных ливней и вызывают в спектрометре, который их регистрирует, отклик, отличный от обычного. Основное отличие заключается в зависимости положений и форм каскадной и интегральной кривых развития ливня в спектрометре от энергии частиц, типа и температуры кристалла, толщины кристалла и в наличии ориентационной зависимости [1 4].
1 ФИАН, 119991 Россия, Москва, Ленинский пр-т, 53; e-mail: baskov@x4u.lebedev.ru.
2 Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 115409, Россия, Москва, Каширское шоссе, 31.
В ряде работ представлены ориентадионньте зависимости множественности заряженных частиц и энерговыделения в отдельных счетчиках и детекторах^ находящихся за кристаллом [5 8]. Исключая пионерскую работу авторов данной статьи [9], связанную с исследованием влияния электромагнитного ливня от электронов 28 ГэВ. выходящего из ориентированного 1 мм кристалла вольфрама при температуре 77 К. на отклик электромагнитного спектрометра типа сэндвич, картина изменений каскадной и интегральной кривых в спектрометре при ориентации кристаллического конвертора отсутствует.
Данная работа посвящена исследованию ориентационной зависимости параметров каскадной кривой развития электромагнитного ливня от электронов в спектрометре, находящемся за кристаллическим конвертором.
Работа была выполнена на установке "Каскад" на электронном канале ускорителя ИФВЭ в рамках программы "Квантовая электродинамика в сильны,а; полях ориентированных кристаллов
Исследование электромагнитных ливней осуществлялось с помощью составного че-ренковского ливневого спектрометра (СЧЛС), характеристики которого приведены в [10 12].
В качестве конвертора использовался кристаллический вольфрам толщиной 1 мм или 0.28Х0 (Х0 = 3.5 мм - радиационная длина вольфрама). Ориентация кристалла осуществлялась относительно оси (111), кристалл считался разориентированным при в > 23 мрад. Мозаичность кристалла составляла Дв^ ~ 1 мрад. В эксперименте использовался пучок электронов с энергией Е = 28 ГэВ с расходимостью |г>| < 0.1 мрад по основанию [10. 11]. Исследования ориентационной зависимости параметров каскадной кривой в СЧЛС проводились при комнатной температуре кристалла Т = 293 К и температуре жидкого азота Т2 = 77 К [2, 13].
На рис. 1 приведены каскадные кривые развития электромагнитных ливней в СЧЛС при различных углах в между импульсом электронов и осью кристалла (111) при температурах кристалла Т (рис. 1(а)) и Т2 (рис. 1(6)). На рисунке представлена также калибровочная кривая (1) при отсутствии кристалла перед СЧЛС. Видно, что при помещении перед СЧЛС разориентированного кристалла каскадная кривая сдвигается в сторону начала развития ливня, то есть в кристалл. В этом случае меняется только положение каскадной кривой без изменения энерговыделения по глубине развития электромагнитного ливня в СЧЛС [3, 14].
в
каскадной кривой: энерговыделения на разных глубинах развития ливня в счетчиках
О
Хп
т
3
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
(б)
Рис. 1: Каскадные кривые развития электромагнитного ливня в СЧЛС от электронов с энергией Е = 28 ГэВ при различных углах ориентации © оси (111) 1 мм кристаллического вольфрамового конвертора относительно пучка электронов (температура конвертора: (а) Т = 293 К; (б) Т2 = 77 К; (ДЕ) - средняя энергия ливня, выделившаяся в каждом счетчике СЧЛС; и ¿ссяя ~ толщины кристалла и СЧЛС\ соответственно; 1 - кристалл перед СЧЛС отсутствует; 2 — © = 45 мрад; 3 — © = 8 мрад; 4 — © = 4 мрад; 5 — © = 0 мрад; Б - точка пересечения каскадных кривых при ориентации конвертора).
Рис. 2: Ориентационные зависимости радиационной длины Х0 1 мм кристаллического вольфрамового конвертора при температурах Т = 293 К (1) и Т2 = 77 К (2)(3 -радиационная длина аморфного вольфрама).
СЧЛС, положение максимума и величина энерговыделения в максимуме развития ливня. Однако разные части каскадной кривой изменяются по-разному. По мере уменьшения угла энерговыделение в счетчиках СЧЛС до максимума каскадной кривой и в максимуме каскадной кривой начинает увеличиваться, а энерговыделение в счетчиках за максимумом каскадной кривой - уменьшаться. Предельные величины увеличения и уменьшения энерговыделения достигаются при достижении полной ориентации (© = 0). Такой результат наблюдается при обеих исследованных температурах кристалла.
Одним из отличий аномальных ливней от стандартных является зависимость радиационной длины ориентированного кристалла от энергии электронов (позитронов) или 7-квантов, толщины и температуры кристалла [1-4].
Радиационная длина кристалла Х'0 при некотором угле ориентации © конвертора определяется как = Х0 (£ш), где - толщина кристалла вольфрама = 0.28Х0, = + ^ - эффективная толщина кристалла при угле ориентации © ^шей ~ толщина, на которой происходит наиболее эффективное взаимодействие частиц
с конвертором), ДЬ = Ьтахл — tmaxo _ разность положений максимума каскадной кривой в спектрометре при разориентированном кристалле ¿таха и при угле ориентации © Ьтахо [2, 14].
На рис. 2 представлены ориентационные зависимости радиационной длинны Х0 1 мм кристаллического вольфрамового конвертора при двух температурах Т (кривая 1) и Т2 (кривая 2). Если считать, что при углах разориентации конвертора, близких к © = 45 мрад, Х0 = 3.5 мм, то рис. 2 показывает, что при ориентации (© = 0) и при Т Х0 = 1.21 ± 0.15 мм (1), а при Т2 Х0 = 0.91 ± 0.11 мм (2) [2]. Ширины ориентаци-онных зависимостей соответственно составили Д© ~ 10 мрад (1) и Д© ~ 24 мрад (2)
Д©
как ширина ориентационной зависимости параметра на половине ее высоты).
На рис. 1 также видно, что при температурах Т\ж Т2 и всех ориентациях конвертора, исключая каскадную кривую при отсутствии конвертора перед СЧЛС, все каскадные кривые после максимума развития ливней пересекаются в одной точке Б. Аналогичная точка наблюдалась и при развитии ливней в сэндвиче [9]. Точка Б определяется единой величиной энерговыделения для всех каскадных кривых. При данной энергии, типе и толщине кристалла положение Б зависит только от температуры кристалла: при Т\ точка Б находится на ¿ссзэ = 8.4Х0 ± 0.1Х0, а при Т2 на ¿ссзэ = 9.2Х0 ± 0.1Х0 (¿ссэ8 _ глубина СЧЛС в радиационных длинах).
Таким образом, параметры каскадных кривых аномальных электромагнитных ливней, возникающих в кристаллическом вольфрамовом конверторе от электронов с энергией 28 ГэВ и продолжающих развиваться в СЧЛС. зависят от угла ориентации конвертора относительно кристаллографической оси и температуры конвертора. Определено, что ширины ориентационньтх зависимостей радиационной длины конвертора при температурах конвертора 293 и 77 К составили около 10 мрад и 24 мрад, соответственно.
Б
рой независимо от угла ориентации для всех каскадных кривых существует одинаковое
Б
и типе конвертора зависит от температуры.
Авторы выражают благодарность Е. И. Тамму и Е. И. Малиновскому за поддержку работы, В. И. Сергиенко за помощь в организации работы.
ЛИТЕРАТУРА
[1] U. I. Uggerhoj, Reviews of Modern Physics 77. 1131 (2005).
[2] В. А. Басков. В. В. Ким. Б. И. Лучков. В. Ф. Тугаенко. Препринт ФИАН X 35 (Москва, ФИАН, 2011).
[3] В. А. Басков, Препринт ФИАН X 36, (Москва, ФИАН, 2011).
[4] V. A. Baskov, V. A. Ivhablo, V. V. Kim, et al.. Xucl. Instr. and Meth. in Phys. Res., B145, 92 (1998).
[5] K. Elsener, S. P. Möller, J. В. B. Petersen, and E. Uggerhoj, Phys. Lett. B212, 537 (1988).
[6] R. Medenwaldt, S. P. Moller, S. Tang-Petersen, et al., Phys. Lett. B227, 483 (1989).
[7] R. Medenwaldt, S. P. Moller, S. Tang-Petersen, et al., Phys. Lett. B242, 517 (1990).
[8] В. А. Басков, В. В. Ким, Б. И. Лучков, В. К). Тугаенко, Препринт ФИАН X 14 (Москва, ФИАН, 2012).
[9] V. A. Baskov, V. A. Ivhablo, V. V. Kim, et al., Radiation Effects and Defects in Solids 25, 23 (1993).
[10] В. А. Басков, В. В. Ким, В. А. Сергиенко, В. А. Хабло, ПТЭ X 5, 58 (1990).
[И] В. А. Басков, В. В. Ким, В. А. Хабло, ПТЭ X 4, 13 (2010).
[12] В. А. Басков, Препринт ФИАН X 9 (Москва, ФИАН, 2012).
[13] В. А. Басков, В. Б. Ганенко, К). В. Жебровский и др.. Тезисы, докладов XIX Всесоюзного совещания по физик,е вза/ильодействия, заряженных частиц с кристаллам/и (Москва, МГУ, 1989), с. 84.
[14] В. А. Басков, В. В. Ким, Б. И. Лучков и др.. Препринт ФИАН X 31 (Москва, ФИАН, 2006).
Поступила в редакцию 6 июля 2012 г.
