Энергетическое разрешение электромагнитного калориметра на основе жидкого криптона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Введение

1 Эффекты, определяющие энергетическое разрешение калориметра

§1.1 Утечки энергии

§1.2 БатрНг^-флуктуации.

§1.3 Вещество перед калориметром.

§1.4 Шумы электроники, радиоактивность и геометрический эффект

§1.4.1 Формирование сигнала.

§1.4.2 Шумы электроники.

§1.4.3 Радиоактивность

§1.4.4 Геометрический эффект.

§1.4.5 Оптимизация времени формирования фильтра.

§1.5 Величина зазора ионизационной камеры.

§1.6 Другие эффекты.

§1.7 Выводы

2 Жидкокриптоновый калориметр детектора КЕДР

§2.1 Конструкция калориметра.

§2.2 Электроника калориметра.

§2.3 Ожидаемое энергетическое разрешение калориметра.

3 Эксперименты с прототипом жидкокриптонового калориметра

§3.1 Конструкция прототипа калориметра.

§3.2 Электроника.

§3.2.1 Калибровка электроники.

§3.3 Шумы.

§3.4 Ожидаемое энергетическое разрешение.

§3.5 Установка РОКК-1М.

§3.6 Измерение энергетического разрешения.

§3.7 Стабильность отклика

§3.8 Выводы.

4 Возможности улучшения энергетического разрешения

§4.1 Метод многократных измерений сигнала.

§4.1.1 Автокорреляционные функции шума и радиоактивности

§4.1.2 Результаты расчетов.

Развитие экспериментальной физики частиц идет по двум основным направлениям: первое связано с продвижением в область все больших изучаемых энергий, второе основывается на высокоточных экспериментах в уже пройденных энергетических областях. Наиболее яркие успехи физики частиц связаны с достижениями на первом направлении. В качестве примеров можно привести открытие W и Z бозонов в CERN [1] и недавнее открытие t-кварка в Fermilab [2]. В настоящее время физика сверхвысоких энергий вплотную подошла к возможности обнаружения ключевой для Стандартной Модели частицы — Хигсовского бозона. Возможно с началом работы ускорителей нового поколения также появятся экспериментальные данные о новых явлениях, выходящих за рамки Стандартной Модели, которые определят дальнейшее развитие физики частиц.

Однако, не следует думать, что эксперименты на относительно низких энергиях играют второстепенную роль, ограничиваются лишь уточнением пройденного. Ряд результатов, полученных на этом направлении, сыграл большую роль в придании физике частиц ее современного облика. Первым из таких результатов можно считать измерение аномального магнитного момента электрона (g-2), показавшее, что квантовые поправки дают конечный вклад в наблюдаемые физические величины. После создания метода перенормировок величина аномального магнитного момента послужила его первым количественным тестом.

Следующим можно отметить наблюдение несохранения четности в слабых распадах ядер (опыт Ву). Этот эксперимент стал первым бесспорным доказательством существования этого явления [5]. Хотя, первые указания на несохранение четности были получены в опытах с К-мезонами, т.е. при высоких для того времени энергиях.

Измерение величины К0 — Ж^-смешивания дало первые свидетельства существования с-кварка и наличия GIM механизма в смешивании кварков [3]. По-видимому, измерение вкладов новых частиц в петлевые диаграммы и в будущем останется важным источником информации об их свойствах, дополнительным к прямому рождению этих частиц в экспериментах на высоких энергиях.

Наблюдение CP-нарушения в смешивании нейтральных К-мезонов [4] было первым доказательством существования этого явления и, вместе с наблюдением нарушения пространственной и зарядовой четностей, радикально изменило представление о возможном и невозможном в физике частиц.

Таким образом, уже из этих далеко не исчерпывающих примеров видно, что высокоточные эксперименты являются поставщиками фундаментальной информации о частицах.

Сегодня дальнейший прогресс в направлении высокоточных экспериментов требует создания нового поколения специализированных ускорителей, т.н. фабрик частиц. Основная физическая цель фабрик частиц — это подробное изучение структуры Стандартной Модели. Для достижения этой цели фабрике необходимо "производить" большое количество частиц определенного сорта с малой примесью фоновых процессов. По-видимому, е+е~ накопители с высокой светимостью являются здесь наилучшим решением.

Физические задачи для фабрик частиц требуют достижения предельных характеристик не только для ускорителя, но и, в неменьшей степени, для детектора.

Прогресс в детекторостроении шел по пути перехода от весьма специализированных ко все более универсальным детекторам. Примерами специализированных детекторов могут служить Crystal Ball [6] и CLEO [7]. Первый из них имел рекордное разрешение по энергии фотонов ов/Е = 2.5%/v^Ë, но не имел никакого магнитного анализа. Второй обладал хорошим импульсным разрешением, но весьма посредственным энергетическим разрешением для фотонов ое/Е = 17%/\/Е, причем калориметр был расположен за катушкой, что сильно ухудшало эффективность регистрации мягких фотонов. Видимо, первым истинно универсальным детектором был CLEO-II [8], который соединил в себе достоинства CLEO и Crystal Ball. Сегодняшние детекторы становятся еще более универсальными, и все большее внимание в них, помимо импульсного и энергетического разрешений, уделяется идентификации частиц (CLEO-III, ВаВаг, Belle, КЕДР).

Остановимся на области энергий ст и В фабрик и кратко рассмотрим основные характеристики событий.

• Средняя множественность заряженных частиц примерно равна множественности фотонов и достигает 12 в ЪЬ событиях.

• Максимальный импульс заряженных частиц достигает 5 ГэВ/с, но средний импульс меньше 800 МэВ/с.

• Максимальная энергия фотонов достигает 5 ГэВ, но средняя энергия меньше 400 МэВ.

• При переходах между различными состояниями кваркониев рождаются пары мезонов с характерными импульсами от десятков до сотен МэВ.

• При переходах между различными состояниями кваркониев рождаются моно-хроматичные фотоны с энергиями от десятков до сотен МэВ.

• Одиночные, или прямые фотоны, рождаются на фоне большого количества фотонов от распадов 7г0.

• События, регистрируемые детектором, содержат практически все долгоживу-щие частицы (7, е, ц, ж, К^, К0, р, п) в интервале импульсов от 0 до 5 ГэВ/с.

• Самые интересные из короткоживущих частиц, рождающиеся при этих энергиях (D и В мезоны, т лептон), имеют пробеги до распада от 20 до 300 мкм.

Исходя из этого, можно заключить, что детектор для экспериментов в этой области энергий должен иметь как трековую систему, так и электромагнитный калориметр с наилучшими возможными параметрами.

Для калориметра детектора можно выдвинуть следующие требования: высокая эффективность регистрации фотонов во всей энергетической области, как можно лучшие энергетическое разрешение и разрешение по углу вылета фотона, хорошая сегментация калориметра для эффективной работы в условиях высокой множественности конечных частиц.

В современных детекторах одними из широко распространенных методов калориметрии являются:

• Использование счетчиков полного поглощения на основе тяжелых сцинтилли-рующих кристаллов (Nal, Csl, BGO и некоторых других).

• Применение ионизационных камер с поглотителями.

Для первого метода характерно высокое энергетическое разрешение при умеренном координатном, так как координаты измеряются по центру тяжести ливня, флуктуации которого ограничивают пространственную точность. Второму методу присуще высокое координатное разрешение и умеренное энергетическое (в диапазоне энергии порядка 1 ГэВ), так как флуктуирует доля энергии ливня, поглощаемая активным веществом.

Заманчивой целью является создание калориметра, который совместил бы достоинства этих двух методик. Квазигомогенный ионизационный калориметр с тонкими электродами на основе сжиженных благородных газов, видимо, может решить эту задачу. Для этого он должен иметь достаточную толщину, чтобы получить энергетическое разрешение, такое же, как в случае тяжелых кристаллов. Координатное разрешение для фотонов при этом может быть существенно лучше, так как имеется возможность измерения положения точки конверсии фотона.

В таблице 0.1 приводятся основные физические параметры для жидких аргона (LAr), криптона (LKr) и ксенона (LXe).

Таблица 0.1: Физические свойства сжиженных благородных газов.

ЬАг ЬКг ЬХе

Атомное число (2) 18 36 54

Атомная масса (А) 40 84 131

Температура кипения, К 87.1 119.6 164.9

Температура плавления, К 83.6 115.8 161.2

Плотность, г/см3 1.40 2.43 3.06

Радиационная длина, см 13.5 4.60 2.77

Радиус Мольера, см 10.0 6.66 5.71

Ядерная длина, см 84 60 55 дЕ/йх, МэВ/см 2.31 3.45 3.89 эВ/пару 24.4 18.5 15.6

Как видно из этой таблицы, наилучшим кандидатом для такого калориметра был бы жидкий ксенон, но высокая цена ксенона и недостаточная мощность его производства делают возможность его применения в детекторах крайне ограниченной.

Следующим возможным кандидатом является криптон. Долгое время считалось, что использование криптона бесперспективно из-за наличия в нем радиоактивного изотопа [9-11], что не позволяет получить хорошее энергетическое разрешение. Однако, работы, проведенные в ИЯФ СО РАН [12,15-17], показали принципиальную возможность достижения высокого энергетического разрешения в ионизационном калориметре на жидком криптоне. На основе результатов этих работ спроектирован ЬКг калориметр детектора КЕДР [12,13].

Цель работы состояла в создании и изучении электромагнитного ионизационного калориметра на основе жидкого криптона.

В первой главе обсуждаются основные эффекты, определяющие энергетическое разрешение электромагнитного калориметра на основе жидкого криптона. Особое внимание уделено разрешению при низкой измеряемой энергии. Описаны методы расчета эффектов, существенных в этой области.

С помощью разработанных аналитических методов расчета вклада в разрешение радиоактивности, шумов электроники и геометрического эффекта изучен вклад этих эффектов в энергетическое разрешение калориметра. Показано, что наличие определенного уровня электроотрицательных примесей в жидком криптоне, приводящее к уменьшению времени жизни электронов ионизации, улучшает энергетическое разрешение калориметра.

В конце главы, суммируя полученные результаты для вкладов различных эффектов, заключается, что энергетическое разрешение электромагнитного калориметра на основе жидкого криптона может быть около 5% на энергии 100 МэВ и ~ 1.7% на

Во второй главе рассматривается проект жидкокриптонового калориметра детектора КЕДР и приводятся результаты расчета энергетического разрешения калориметра.

Детектор КЕДР создается в Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН для экспериментов на е+е~~ накопителе ВЭПП-4М с максимальной энергией пучков 6 ГэВ. В детекторе принято комбинированное решение для калориметра: цилиндрическая часть — ионизационные камеры на основе жидкого криптона, торцевая — кристаллы Сэ!

Для изучения энергетического разрешения жидкокриптонового калориметра детектора КЕДР было проведено моделирование. В моделирование, помимо калориметра, были включены все внутренние системы детектора КЕДР (как пассивное вещество). Результаты моделирования для разрешения хорошо описываются функцией: где а=2.1 и Ь=1.8.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию свойств жидко

1 ГэВ. криптонового калориметра объемом 160 л, являющегося прототипом ЬКг калориметра детектора КЕДР.

Эксперименты с прототипом, обсуждаемые в этой главе, имели своей целью более подробное изучение свойств калориметра и измерение энергетического разрешения в широком диапазоне энергий фотонов. С прототипом калориметра было проведено два эксперимента: первый — на космических частицах, второй — на пучке "меченных" фотонов. Цель первого была подробно проверить работу всего тракта измерительной электроники, отработать процедуру калибровки и измерить шумы электроники и радиоактивности. Второй же эксперимент был направлен непосредственно на измерение энергетического разрешения калориметра.

Измерено энергетическое разрешение прототипа, в интервале энергий фотонов от 40 МэВ до 4.5 ГэВ. В эксперименте были получены следующие результаты по разрешению прототипа : 6% при энергии 100 МэВ и 2.2% при энергии 1 ГэВ. Данные эксперимента во всей энергетической области хорошо согласуются с расчетами.

В четвертой главе обсуждаются возможности улучшения энергетического разрешения калориметра на основе жидкого криптона в области малых энергий.

Основной возможностью для улучшения энергетического разрешения калориметра в области малых измеряемых энергий является уменьшение уровня шумов электроники. В этой главе обсуждается метод подавления шумов электроники и радиоактивности путем измерения формы импульса сигнала. Показано, что в случае калориметра детектора КЕДР можно улучшить энергетическое разрешение в области малых измеряемых энергий на 15%.

В заключении перечислены основные результаты работы.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Создан калориметр на основе жидкого криптона, объемом 160 л, и измерено его энергетическое разрешение в интервале энергий фотонов от 40 МэВ до 4.5 ГэВ. В эксперименте получены следующие результаты: 6% на энергии 100 МэВ и 2.2% на энергии 1 ГэВ. Данные эксперимента во всей энергетической области хорошо согласуются с расчетами.

2. Проведено исследование основных эффектов, определяющих энергетическое разрешение электромагнитного калориметра на основе жидкого криптона.

3. Разработаны аналитические методы расчета вклада в разрешение шумов электроники и радиоактивности криптона для электроники калориметра, состоящей из зарядочувствительного предусилителя и оптимизирующего фильтра, имеющего произвольное число независимых И,С цепочек.

4. С помощью аналитических методов расчета шумов электроники, радиоактивности и геометрического эффекта изучен вклад этих эффектов в энергетическое разрешение калориметра. Показано, что наличие электроотрицательных примесей в жидком криптоне, приводящее к определенному уменьшению времени жизни электронов ионизации, улучшает энергетическое разрешение калориметра.

5. Измерена зависимость шумов электроники и радиоактивности криптона от времени формирования фильтра для прототипа калориметра. Результаты согласуются с расчетом.

6. Проведено полное моделирование жидкокриптонового калориметра детектора КЕДР. Изучено его энергетическое разрешение для фотонов различной энергии.

7. Теоретически исследована возможность уменьшения вклада шумов электроники и радиоактивности методом многократных измерений сигнала. Показано, что в случае калориметра детектора КЕДР можно улучшить энергетическое разрешение в области малых измеряемых энергий на 15%.

§3.8 Выводы

В эксперименте с прототипом ЬКг калориметра измерено энергетическое разрешение калориметра для фотонов в широкой области энергий. Полученное разрешение калориметра равно 6% на энергии 100 МэВ и 2.2% на энергии 1 ГэВ. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. Этот факт показывает, что разработанные методы расчета правильно учитывают вклады различных эффектов в разрешение калориметра.

Измерена зависимость шумов электроники и радиоактивности от времени формирования фильтра. Величина суммарного шума минимальна при времени формирования около 1 мкс и равна 0.9 МэВ на один канал.

Проверен метод оперативной абсолютной калибровки калориметра с помощью специального генератора, имитирующего сигнал от частицы. Точность этого метода около 1%.

Измерена температурная зависимость отклика калориметра, как для минималь

95 но ионизирующей частицы, так и для ливнеобразующей: —1.3%/К и — 0.4%/К соответственно.

Глава 4

Возможности улучшения энергетического разрешения

Обсудим возможности улучшения энергетического разрешения калориметра на основе жидкого криптона.

Как уже отмечалось, для больших энергий частиц единственный путь улучшения энергетического разрешения — это увеличение толщины калориметра, возможность которого тесно связана со свойствами детектора в целом. Поэтому мы не будем рассматривать эту энергетическую область.

Разрешение калориметра при низких энергиях зависит от множества взаимозависимых факторов. В основном это — геометрический фактор, шумы электроники, радиоактивность и флуктуации поперечных утечек энергии. Следует заметить, что в этом ряду, пожалуй, ключевым фактором являются шумы электроники. Действительно, предположим, что мы имеем в своем распоряжении идеальную электронику, не имеющую шумов. Тогда, применяя усилитель тока с малым временем формирования, мы практически избавляемся от геометрического эффекта и шума от радиоактивности криптона. Помимо этого, можно увеличить степень сегментации калориметра, и, следовательно, число считывающих каналов электроники. Тогда, более аккуратно можно суммировать сработавшие ячейки калориметра при реконструкции энергии частицы и тем самым уменьшить поперечные утечки.

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что основной возможностью для улучшения энергетического разрешения калориметра в области малых измеряемых энергий является уменьшение уровня шумов электроники. Ниже обсуждается метод подавления шумов электроники и радиоактивности путем измерения формы импульса сигнала.

§4.1 Метод многократных измерений сигнала

Многократные измерения сигнала (измерение его формы) позволяют подавить вклад шумов и радиоактивности за счет повышения статистической точности измерения энерговыделения. Такой подход применяется на установках с высокой светимостью для подавления шумов, связанных со случайным наложением событий от столкновений разных сгустков (т.н. pile-up шум). Способ подавления pile-up шума, изложенный в работах [29,30], после небольших модификаций может быть использован и здесь.

Рассмотрим идею метода на простом примере. Допустим, мы хотим измерить некоторую постоянную во времени величину А, на которую случайным образом накладываются шумовые импульсы. Проведя измерение А один раз, мы получим некоторую оценку ее значения; точность этой оценки, очевидно, определяется дисперсией шумов. Сделаем теперь N измерений величины А и за оценку ее значения возьмем среднее этих измерений. Тогда, если предположить, что различные измерения не коррелированы между собой, и шумы распределены по закону нормального распределения с нулевым средним и дисперсией о2, точность определения величины А есть уже а/л/iV. В случае, когда измерения коррелированы между собой, для правильного определения А и оценки ее точности необходимо учитывать эту корреляцию. Например, если все измерения стопроцентно коррелированы, то это равнозначно одному измерению и никакого выигрыша в точности определения величины А нет.

Подобным способом можно уменьшить влияние шумов измерительной аппаратуры и радиоактивности криптона на энергетическое разрешение. Для этого надо не только определять амплитуду выходного сигнала, но и делать еще несколько измерений его формы. Опишем более подробно эту процедуру.

Пусть измерения формы импульса производятся в п точках по времени и образуют вектор измеренных значений (г = 1,.,п), а ъи^) — полезный сигнал, соответствующий единичному энерговыделению. Предположим сначала, что измерения синхронизованы с появлением сигнала, и гщ — значения отклика в тех же точках по времени, что и Тогда, очевидно, с точностью до шумов, = Ат^, где А — энерговыделение. Величина А и оценка точности ее определения может быть найдена путем минимизации следующего выражения: п

X2 = Х> - Ати^У^ - Аюз) = вУв - 2АгоУв + А2и>Уи>. У

Здесь «Уз = = тУги = У — ковариационная матрица, причем У^- = Щ1, а Щ = Щи — автокорреляционная функция шумов и радиоактивности, которая будет определена ниже. Отсюда стандартным способом находятся А и ал'гиУя [д2х21 А = аА - 1

-1 1 го У го иоУи' А 1дА2

Если же измерения не синхронизованы с сигналом, а сдвинуты на случайную величину 81, требуется определить две величины — энерговыделение А и задержку St. Следуя [29], введем два параметра: а\ = А и а2 = A8t, а отклик т разложим в ряд по 81 вблизи точек измерения и,(Ъ + 8£) = го(и) + (и) • Л

Тогда х2 будет функцией с^ и а2: п

X2 = У^ - «110, - а^Ц^ - ахШ] - а2Ц) = ьз вУв — 2«! шУв + о^гоУ« + а^гоУго + а^гг/Уги' 4- 2а;1а;2го'Уго — 2а2т'Уз, (обозначения очевидны).

Для вычисления В^. (£) требуется усреднение по энергии и точке /?-распада, аналогично тому, как это делается для вычисления аг, т.е.

Тл оо сггг/г(и + Р,Тг)г{щТг)йи .2 Л о 0 г Та 00 ' йТг / г(и,Тг)Чи

О о где г(£, Тт) — отклик на сигнал радиоактивности длительности Тг.

Можно показать, что двойные интегралы в предыдущей формуле сводятся к однократным от отклика на полезный сигнал, а именно:

00 и)(и + $11](и)с1и

ЯтЮ^5-«-■ ш(и)2с1и о

Применение последней формулы существенно экономит время численных расчетов. На рис. 4.1 приведены: форма полезного сигнала (а), автокорреляционные функции шумов, радиоактивности и их взвешенная сумма (Ь-с1) для электроники с 11С-2С11 фильтром.

§4.1.2 Результаты расчетов

Приведем для иллюстрации результаты расчетов подавления шумов и радиоактивности путем многократных измерений в случае калориметра детектора КЕДР.

Предполагались следующие значения исходных параметров: время дрейфа электронов Та = 10 мкс, емкость башни С = 500 пФ, объем ячейки калориметра V = 5000 см3, шумы электроники для 11С-2С11 фильтра Ям = 1.4-(С+550) • (3/т)1/2 • 1.38 зарядов электрона. Последний множитель осуществляет пересчет от КС-СИ, к ЯС-2СИ фильтру.

ЯтЦ)

Результаты расчетов для многократных измерений показаны на рисунках. На рис. 4.2, 4.3 для двух времен жизни электронов ионизации приведен вклад шумов и радиоактивности в зависимости от временного интервала между точками, в которых производятся измерения. Время формирования фильтра для расчетов выбиралось таким, чтобы суммарный вклад в разрешение шумов электроники, радиоактивности и геометрического фактора был минимален для случая однократного измерения формы сигнала.

Из рисунков видно, что при большом времени жизни электронов ионизации (т| = 10 мкс) относительный выигрыш в шумах электроники и радиоактивности по сравнению с однократным измерением достигает 30% и абсолютный вклад в разрешение составляет около 0.8 МэВ на один канал электроники, при числе измерений, равном 9, и временном интервале между точками ~ 0.3 мкс. Дальнейшее увеличение числа точек слабо влияет на результат.

На рис. 4.4, 4.5 показаны зависимости вклада шумов и радиоактивности от времени формирования 11С-2С11 фильтра при одном и девяти измерениях. Для каждого времени формирования фильтра интервал между измерениями оптимизировался.

Как видно из этих рисунков, при многократных измерениях сигнала результирующий вклад шумов и радиоактивности в разрешение слабо зависит от времени формирования фильтра и, при малых временах формирования, существенно меньше их вклада при однократном измерении. Это дает возможность подавить вклад геометрического эффекта уменьшением времени формирования фильтра.

Предположим, что вклад геометрического эффекта при измерении формы сигнала остается таким же, как и в случае измерения максимума сигнала. Тогда, уменьшая время формирования фильтра до 0.5 мкс, вклад геометрического эффекта в разрешение, для времени жизни электронов 10 мкс, можно уменьшить на 30%. В случае калориметра детектора КЕДР, такое изменение вклада шумов электроники, радиоактивности и геометрического эффекта даст улучшение энергетического разрешения в области малых энергий примерно на 15%.

Рис. 4.2: Суммарный вклад шумов и радиоактивности при 1,3,5 и 9 (цифры рядом с кривыми) измерениях сигнала в зависимости от временного интервала между измерениями для электроники с 110-2011 фильтром. Время жизни электронов 10 мкс; время формирования фильтра 0.9 мкс.

Д1

Рис. 4.3: Суммарный вклад шумов и радиоактивности при 1,3,5 и 9 (цифры рядом с кривыми) измерениях сигнала в зависимости от временного интервала между измерениями для электроники с 110-2011 фильтром. Время жизни электронов 1 мкс; время формирования фильтра 2.3 мкс.

Рис. 4.4: Суммарный вклад шумов и радиоактивности при одном (1) и девяти (2) измерениях сигнала в зависимости от времени формирования 11С-2С11 фильтра. Время жизни электронов ионизации 10 мкс.

Рис. 4.5: Суммарный вклад шумов и радиоактивности при одном (1) и девяти (2) измерениях сигнала в зависимости от времени формирования 11С-2С11 фильтра. Время жизни электронов ионизации 1 мкс.

Заключение

Перечислим основные результаты, представленные в диссертации.

1. Создан калориметр на основе жидкого криптона, объемом 160 л, и измерено его энергетическое разрешение в интервале энергий фотонов от 40 МэВ до 4.5 ГэВ. В эксперименте получены следующие результаты: 6% на энергии 100 МэВ и 2.2% на энергии 1 ГэВ. Данные эксперимента во всей энергетической области хорошо согласуются с расчетами.

2. Проведено исследование основных эффектов, определяющих энергетическое разрешение электромагнитного калориметра на основе жидкого криптона.

3. Разработаны аналитические методы расчета вклада в разрешение шумов электроники и радиоактивности криптона для электроники калориметра, состоящей из зарядочувствительного предусилителя и оптимизирующего фильтра, имеющего произвольное число независимых RC цепочек.

4. С помощью аналитических методов расчета шумов электроники, радиоактивности и геометрического эффекта изучен вклад этих эффектов в энергетическое разрешение калориметра. Показано, что наличие электроотрицательных примесей в жидком криптоне, приводящее к определенному уменьшению времени жизни электронов ионизации, улучшает энергетическое разрешение калориметра.

5. Измерена зависимость шумов электроники и радиоактивности криптона от времени формирования фильтра для прототипа калориметра. Результаты согласуются с расчетом.

6. Проведено полное моделирование жидкокриптонового калориметра детектора КЕДР. Изучено его энергетическое разрешение для фотонов различной энергии.

7. Теоретически исследована возможность уменьшения вклада шумов электроники и радиоактивности методом многократных измерений сигнала. Показано, что в случае калориметра детектора КЕДР можно улучшить энергетическое разрешение в области малых измеряемых энергий на 15%.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах Института Ядерной Физики им. Г.И.Будкера, ЦЕРН (Швейцария), CJ1AK (США), КЕК (Япония), Симпозиуме по детекторам на основе сжиженных благородных газов (Стокгольм, 1991), Международной конференции по жидкостным детекторам (Токио, 1992), Международной конференции по детекторам для экспериментов на е+е~ ускорителях (Новосибирск, 1996), Международной конференции по проволочным камерам (Вена, 1998).

В заключение автор выражает глубокую признательность своему первому научному руководителю Панину B.C. за постановку проблемы и неоценимую помощь в работе. Автор искренне благодарит своего нынешнего руководителя Тихонова Ю.А. за помощь в завершении работы и активное обсуждение результатов.

Автор также выражает благодарность Онучину А.П. за постоянное внимание к работе и полезные обсуждения; Клименко С.Г. за его большой вклад в подготовку и проведение экспериментов с прототипом калориметра; Аульченко В.М. и Леонтьеву JI.A. за подготовку электроники прототипа.

Особую благодарность автор выражает коллективу ускорительного комплекса ВЭПП-4М за обеспечение работы комплекса во время проведения эксперимента на пучке "меченных" фотонов.

107

Наконец, автор искренне благодарит Кезерашвили Г.Я., Малышева В.М., Масленникова A.JL, Милова A.M., Мучного Н.Ю., Поспелова Г.Э., Протопопова И.Я, Романова Л.В., Шамова А.Г за их участие в проведении экспериментов с прототипом калориметра.

1. G.Arnison et al., Phys. Lett. 122B, 1983, p. 103 M.Baner et al., Phys. Lett. 122B, 1983, p. 476 G.Arnison et al., Phys. Lett. 126B, 1983, p. 398 P.Bagnaia et al., Phys. Lett. 129B, 1983, p. 130

2. CDF collaboration, F.Abe et al., Phys. Rev. Lett. 74, 1995, p. 2626 DO collaboration, S.Abachi et al., Phys. Rev. Lett. 74, 1995, p. 2632

3. M.L.Good et al., Phys. Rev. 124, 1961, p. 1223

4. J.H.Christenson et al., Phys. Rev. Lett. 13, 1964, p.138

5. C.S.Wu et al., Phys. Rev. 105, 1957, p. 1413

6. M.Oreglia et al., Phys. Rev. D25, 1982, p. 2259

7. D.Andrews et al., Nucl. Instr. and Meth. 211, 1983, p. 47

8. Y.Kubota et al., Nucl. Instr. and Meth. A320, 1992, p. 66

9. C.Brassard, Nucl. Instr. and Meth. 162, 1979, p. 29

10. T.Doke, Portgal. Phys. 12, 1981, p. 9

11. Th.Lindblad et al., Nucl. Intsr. and Meth. 215, 1983, p. 183

12. V.M.Aulchenko et al., Proc. of the 24 Int. Conf. on High Energy Physics, Munich, 1988 ( contrib. paper )

13. V.V.Anashin et al., Proc. of the Int. Symp. on Position Detect, in High Energy Physics, Dubna, 1988, p.58

14. V.V.Anashin et al., KEDR. Status report, 1990, Novosibirsk

15. I.Ya.Protopopov, Proc. of the XIII Int. Conf. on High Energy Accelerators, Novosibirsk, 1987, p.63

16. V.M.Aulchenko et al., Nucl. Instr. and Meth. A289, 1990, p.468

17. V.M.Aulchenko et al., Proc. of the 5th Int. Conf. on Instr. for Coll. Beam Phys., Novosibirsk, 1990, p. 299

18. V.M.Aulchenko et al., Proc. Int.Conf. on Calorimetry at High Energy Physics, FNAL, 1990

19. V.M.Aulchenko et al., Proc. 4-th Topical Seminar on Exp. Apparatus for High Ener. Part. Phys. and Astrophys., San Miniato, 1990

20. P.Cantoni et al., Proc. Fifth Pisa Conf. on Calorimetry at High Energy Phys., Pisa, 1991

21. V.M.Aulchenko et al., Nucl. Instr. and Meth. A316, 1992, p. 8

22. V.M.Aulchenko et al., Nucl. Instr. and Meth. A327, 1993, p. 194

23. V.M.Aulchenko et al., XXVII Intern. Conf. on High Energy Physics, contributed paper gls0753, Glasgow, 1994

24. GEANT — Detector description and simulation tool, CERN, Geneva

25. В.И.Юрченко, частное сообщение

26. V.Radeka, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. (1988) 38, p. 217

27. Таблицы Физических Величин, стр. 834, Москва, Атомиздат, 1976

28. A.Gonidec, talk presented at Beijing calorimetry symposium, Beijing, 1994

29. В.М.Аульченко, Л.А.Леонтьев, частное сообщение

30. W.E.Cleland and E.G.Stern, talk presented at the Corpus Christi Conference, Sept.1992

31. N.Launay, C.de la Taille and L.Fayard, ATLAS Internal Note, CAL-N0-024,12 July1993

32. В.М.Аульченко, С.Е.Бару, Г.А.Савинов, Препринт ИЯФ 88-29, Новосибирск, 1988

33. S.Huang and G.R.Freeman, Can. J. Chem., 55, 1838, 1977

34. T.Takahashi et al., J. Phys. C:Solid State Phys., 7, 230, 1974

35. E.Aprile et al., Phys.Rev. A, V48, N2, 1993, p. 1313

36. G.Ya.Kezerashvili et al., Proceed, of XXII International Conference on the Accelerators of High Energy Charged Particles, Dubna (1992), V.l, p. 416 G.Ya.Kezerashvili et al., Nucl. Instr. and Meth. B145, 1998, p.40

37. A.E.Bondar et al., Proceed, of XXII International Conference on the Accelerators of High Energy Charged Particles, Dubna (1992), V.l, p. 309

38. В.Н.Байер, В.М.Катков, В.С.Фадин, Излучение релятивистских электронов, стр. 321, Москва, Атомиздат, 1973

39. А.Л.Масленников, частное сообщение

40. В.М.Малышев, дипломная работа, НГУ, 1990

41. Справочник по физико-техническим основам криогеники, Москва, Энергоато-миздат, 1985