Короткофокусные RICH.Регистрация координат отдельных фотонов на дне камеры.

Термин «ближнефокусные» - это попытка перевести английский термин «close proximity», фактически же в конструкции этих RICH вообще нет никакого фокуса, поскольку отсутствует фокусирующий элемент – зеркало. Это сильно упрощает конструкцию ближнефокусных RICH.

Принцип работы такого прибора чрезвычайно прост. Частица, проходя через радиатор с коэффициентом преломления n > 1 излучает конус света под углом q к направлению своего движения. Поскольку излучение возможно из любой точки траектории, на нижней поверхности радиатора образуется световое пятно радиусом htgq, где h – толщина радиатора (Рис.21).

Пэдовый катод, покрытый пленкой CsI

Pис. 21. Конструкция ближнефокусного RICH.

Обычно толщина радиатора невелика – около 1 см. Для частиц с импульсом 1 – 5 ГэВ/с (типичный рабочий диапазон ближнефокусных RICH) следует, что радиатор должен быть твердым или жидким, т.е. иметь коэффициент преломления n₁ > 1,2.

Конус света, выходя из радиатора в газовый объем, испытывает преломление согласно хорошо известному закону n₁sinq₁ = n₂sinq₂. Поскольку n₂ можно принять равным 1, в воздушном зазоре образуется коническая поверхность конечной толщины.

Типичные цифры, например для ближнефокусного RICH проекта ALICE таковы: радиатор – жидкость С₆F₁₄, прозрачная в далеком ультрафиолете l≤200 нм и коэффициентом преломления 1,2. Толщина радиатора 10 мм. Воздушный зазор отделяет от жидкости (кюветы с жидкостью) тонкое кварцевое стекло, также прозрачное в далеком ультрафиолете. Ширина воздушного зазора 103 мм. При этом частицы с β≈1 образуют на поверхности радиатора пятно света радиусом порядка 5 мм. Изображение этого пятна на дне камеры имеет средний радиус около 145 мм при той же исходной ширине 5 мм. Таким образом на дне камеры образуется изображение кольца конечной ширины, причем эта ширина составляет всего ~ 3% от радиуса кольца. При достаточном количестве фотонов, зарегистрированных на дне камеры, точность локализации центра кольца возрастает как , и, таким образом некоторая «размытость» изображения не сказывается на разрешении детектора .

Эта конструкция обладает еще одним полезным свойством. Нетрудно убедиться в том, что для треков частиц, падающих наклонно к плоскости радиатора, на дне прибора получаутся изображения в виде конических сечений -для небольших углов - это эллипсы.

Главная «изюминка» этой простой по сравнению с зеркальными RICH конструкции состоит в способе регистрации и определении координат отдельных фотонов, попадающих на дно камеры.

Фактически дно камеры представляет собой многопроволочную пэдовую камеру. Изюминка, собственно, состоит в том, что пэды катода покрыты тонким слоем CsJ. Примерно в 1990 было обнаружено, что тонкие пленки CsJ обладают очень высоким квантовым выходом (внешним фотоэффектом) в области длин волн 150 – 200 нм, причем этот высокий квантовый выход сохраняется не только в вакууме, но также и в газовой и даже в жидкой среде, окружающей пленку CsJ. Таким образом, если покрыть пэды многопроволочной камеры тонким слоем CsJ, то фотон, попав на поверхность пэда выбъет из него (с некоторой вероятностью) электрон.

Квантовый выход CsJ начинает отличаться от нуля при 210 нм, и при 150 нм имеет значение около 45%. Это обстоятельство, собственно, и диктует выбор рабочего вещества и остальных конструктивных элементов камеры: радиатор должен излучать в этой области и быть в ней прозрачной, кварцевое стекло и газовая среда также должны быть прозрачны в указанной области длин волн.

Если все условия соблюдены, то выбитый из CsJ в газовую среду электрон будет подхвачен электрическим полем ближайшей анодной нити и вызовет локальный газовый разряд. По номеру сработавшего пэда определяются координаты «x» и «y» фотона с точностью до размера пэда. Прибор подобного типа разработан и создан для проекта ALICE по поиску кваркглюонной плазмы в ЦЕРНе. Он позволяет разделять пионы, каоны и протоны с импульсами от 1 до 5 ГэВ/с.

Пример регистрации частицы с помощью такого детектора приведен на рис.22.

Рис.22. Пример регистрации частицы RICH детектора ALICE

Дата добавления: 2015-07-26