CC BY
13
УДК 539.1.08
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИСТАЛЛА НА ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЛИВНЯ
В. А. Басков
Параметры электромагнитного ливня, развивающегося в 1 мм разориентированном или в ориентированном вдоль оси (111) кристалле вольфрама, зависят от температуры кристалла. Положение максимума и энерговыделение в максимуме развития ливня, выходящего из кристалла и развивающегося далее в спектрометре, имеют линейные зависимости от температуры кристалла. Оценка температуры, при которой кристалл невозможно сориентировать, составила ~980 K.
Ключевые слова: ориентированный кристалл, электромагнитный спектрометр, максимум развития ливня, энерговыделение в максимуме развития ливня, температура кристалла.
Взаимодействие электронов, позитронов и гамма-квантов с аморфным веществом, начиная с энергии E > 0.1 ГэВ, происходит в виде развития электромагнитных ливней. Ливни в веществе начинают развиваться при наличии на длине когерентности или "длине формирования ливня" (L) хотя бы одного или нескольких атомов [1]. В этом случае потенциал взаимодействия не зависит от температуры вещества и не влияет на параметры развития ливней, которыми являются критическая энергия, радиационная длина, положение максимума развития ливня и т.д.
При углах входа частиц в кристалл в ~ V/тс2 (в - угол между импульсом электрона и кристаллографической осью; V - масштаб потенциала оси или плоскости; m -масса электрона; с - скорость света) на длине когерентности (L >> a, a - постоянная решетки) оказывается большая совокупность атомов, приводящая к значительному росту потенциала взаимодействия, увеличению сечений электродинамических процессов и изменению параметров электромагнитных ливней [2]. Особенно сильные изменения в развитии ливней возникают при входе частиц в кристалл с энергиями в десятки ГэВ и более при углах в << V/mc2. При таких углах траектория частицы существенно
ФИАН, 119991 Россия, Москва, Ленинский пр-т, 53; e-mail: [email protected].
отличается от прямолинейной и начинает работать механизм "постоянного сильного поля" (ПСП), приводящий еще к большему увеличению потенциала взаимодействия и большему росту сечений электродинамических процессов. В этом случае потенциал взаимодействия частиц с полем оси или плоскости кристалла зависит от амплитуды тепловых колебаний, которая зависит от температуры кристалла. Соответственно параметры электромагнитных ливней, развивающихся в ориентированных кристаллах, зависят от температуры [3].
Данная работа посвящена исследованию влияния температуры кристалла на параметры электромагнитного ливня от электронов с энергией 28 ГэВ, выходящего из разориентированного и ориентированного вдоль оси (111) кристалла вольфрама толщиной 1 мм и регистрирующихся составным черенковским ливневым спектрометром (СЧЛС) за кристаллом. Исследования проводились при двух температурах кристалла: Т = 293 К (комнатная температура) и Т2 = 77 К (температура жидкого азота) [4-6].
Рис. 1: Зависимость положения максимума развития электромагнитного ливня £тах в СЧЛС с 1 мм вольфрамовым кристаллическим конвертером от температуры Т (1 - конвертер разориентирован (©р > 20 мрад); 2 - конвертер ориентирован вдоль оси (111) (90 = 0); • - эксперимент, ■ - оценка).
На рис. 1 и 2 представлены зависимости положения максимума и энерговыделение в максимуме развития ливня в разориентированном (© > 20 мрад) и ориентированном вдоль оси (111) (© = 0) 1 мм кристалле вольфрама. Рисунки показывают, что при ра-
Рис. 2: Зависимость максимума энерговыделения ливня Етах в СЧЛС с 1 мм вольфрамовым кристаллическим конвертером от температуры Т (1 - конвертер разори-ентирован (0р > 20 мрад), 2 - конвертер ориентирован вдоль оси (111) (Э0 = 0); • -эксперимент, ■ - оценка).
зориентированном (1) и при ориентированном (2) кристалле положение максимума и энерговыделение в максимуме развития ливня, выходящего из кристалла и регистрирующегося в спектрометре за ним, не являются постоянной величиной, как в случае развития ливня в аморфном веществе, а меняются. При уменьшении температуры кристалла положение максимума развития ливня сдвигается к началу развития ливня, что говорит об уменьшении длины продольного развития ливня и сдвигу каскадной кривой в сторону начала развития ливня [6].
Если предположить, что зависимость параметров развития ливня от температуры пропорциональная и экстраполировать данную зависимость в сторону высоких температур, можно сделать оценку температуры, при которой параметры ливня (форма каскадной кривой, положение максимума и энерговыделение в максимуме), развивающегося при разориентированном и ориентированном кристалле, сравниваются. Это связано с уменьшением величины потенциалов кристаллографической оси как разори-ентированного , так и ориентированного иог кристаллов вольфрама до одинаковой величины и^Б = иог = и [3]. То есть, разориентированный кристалл даже при комнатной температуре не является абсолютно аморфным веществом.
Таким образом, экспериментальные результаты показывают, что взаимодействие электронов как с разориентированным, так и с ориентированным кристаллом отличается от взаимодействия с аморфным веществом. Данное отличие возникает в значительном интервале температур ДТ ^ 77 — 980 К, возможно зависящем от типа кристалла. Можно предположить, что для каждого кристалла существует температура Т = Т^опеп!;, при которой кристалл становится неспособным к ориентации. Для 1 мм кристалла вольфрама оценка такой температуры составила Т^воНеп ^ 980 К.
ЛИТЕРАТУРА
[1] К. Н. Мухин, Экспериментальная ядерная физика (часть 1) (Энергоатомиздат, Москва, 1983).
[2] А. И. Ахиезер, Н. Ф. Шульга, Электродинамика высоких энергий в веществе (Наука, Москва, 1993).
[3] В. Н. Байер, В. М. Катков, В. М. Страховенко, Электромагнитные процессы при высокой энергии в ориентированных монокристаллах (Наука СО АН СССР, Новосибирск, 1989).
[4] В. А. Басков, А. С. Белоусов, В. В. Ким и др., ПТЭ, N 5, 66 (2011).
[5] В. А. Басков, В. В. Ким, Б. И. Лучков и др., Краткие сообщения по физике ФИАН 39(8), 16 (2012).
[6] В. А. Басков, В. В. Ким, Б. И. Лучков и др., Краткие сообщения по физике ФИАН 40(5), 3 (2013).
Поступила в редакцию 21 августа 2014 г.
