Разработка и создание 900-канального времяпролетного детектора для исследования взаимодействий тяжелых ионов высоких энергий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

- 1 9.1

13-98-19

На правах рукописи УДК 539.1.074

СЕМЕНОВ Андрей Юрьевич

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ 90С)-КАНАЛЬНОГО ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО ДЕТЕКТОРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

Специальность: 01.04.01 — техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1998

Работа выполнена в Лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор

Александр Иванович МАЛАХОВ

кандидат физико-математических наук, Георгий Левонович старший научный сотрудник МЕЛКУМОВ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Виктор Викторович ГЛАГОЛЕВ

кандидат физико-математических наук

Гарри Арсентьевич СОКОЛ

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ, г.Москве

Занята диссертации состоится " ___ 1998 года

в часов на заседании специализированного совета Д-047.01.02

в Лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований, г.Дубна, Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛВЭ ОИЯИ.

Автореферат разослан "Л." 1998 года

Ученый секретарь Специализированного совета доктор физ.-мат. наук, профессор

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Исследования в области релятивистской ядерной физики при энергии порядка нескольких ГэВ на нуклон (Дубна, Беркли, Дармштадт) получили в последние годы дальнейшее развитие в связи с появлением ускорителей релятивистских тяжелых ионов с энергией 14,5 ГэВ/нуклон (AGS в БНЛ) и 200 ГэВ/нуклон (SPS в ЦЕРН). Изучение столкновений тяжелых ядер важно, прежде всего, для определения поведения сильно взаимодействующей материи в условиях большой плотности энергии и высокой температуры. Здесь особый интерес представляет поиск предсказываемого расчетами на решетке в КХД возможного фазового перехода ядерной материи от бесцветных адронов к состоянию свободных кварков и глюонов - так называемой " кварк-глюонной плазме" (КГП). Ионы свинца, ускоренные на ускорителе SPS в ЦЕРН до энергии 158 ГэВ/нуклон, испытывающие "центральное" столкновение с ядрами свинцовой мишени, позволяют достичь максимальной плотности энергии (несколько ГэВ/Фм3) в максимальном объеме взаимодействия (приблизительно равном объему ядра свинца), доступном для современных экспериментов. Предполагается, что кратковременное существование КГП на ранней стадии взаимодействия должно изменить соотношение выходов вторичных частиц и повлиять на пространственно-временную эволюцию конечного состояния в сравнении с адронной картиной, исключающей цветной деконфайнмент.

Эксперимент NA49 в ЦЕРН был спроектирован для измерения с высокой точностью спектров заряженных адронов (7г±, К±,р,р) и нейтральных частиц (ф,К$,А,А), а также для анализа изменения ряда средних характеристик от события к событию для поиска возможных проявлений флуктуаций в динамике переходного режима (event by event analysis). События, в которых несколько параметров (например, множественности адронов, поперечные импульс pt и энергия Et, отношение 7т/К) одновременно отклоняются от значений, усредненных по всем событиям, могут служить указанием на наличие фазового перехода. К особенностям спектрометра эксперимента NA49, которые выделяют его из ряда экспериментов, изучающих столкновения релятивистских тяжелых ионов, следует отнести широкий аксептанс, захватывающий практически всю переднюю полусферу, и развитую систему идентификации частиц, основанную на измерении параметров треков, импульса и ионизационных потерь в газе 4-х времяпроекционных камер, а также на получении информации о скорости частиц с помощью системы измерения времени

пролета.

Целью работы является разработка и создание 900-канального времяпролетного детектора с временным разрешением cttof < 80 пс для идентификации вторичных заряженных частиц в адронном спектрометре эксперимента NA49, измерение и анализ спектров заряженных каонов, рожденных в Pb+Pb взаимодействиях при энергии 158 ГэВ/нуклон.

Научная новизна работы.

— Разработана методика высокоточных измерений времени пролета заряженных частиц с использованием модифицированных фотоумножителей ФЭУ-87 отечественного производства и органического сцинтил-лятора, произведенного в ЛВЭ ОИЯИ. При этом временное разрешение созданных прототипов счетчиков составило 50-60 пс.

— Разработана и реализована методика создания многоканальной вре-мяпролетной системы (900 каналов) со средним временным разрешением cttof = 70-80 пс.

— Измерены и проанализированы спектры заряженных каонов, рожденных в "центральных" Pb+Pb взаимодействиях при энергии

158 ГэВ/нуклон.

Научно-практическая значимость работы. Созданный 900-ка-нальный времяпролетный детектор в составе аппаратуры адронного спектрометра эксперимента NA49 в ЦЕРН участвует в наборе экспериментальных данных на пучке ионов свинца с энергией 158 ГэВ/нуклон.

Опыт создания детектора, а также разработанные методы коррекции и анализа времяпролетной информации могут быть использованы при создании других многоканальных систем измерения времени пролета.

На базе результатов исследований временных свойств полистироль-ных сцинтилляторов с различными составами сцинтиллирующих компонент и малогабаритных отечественных фотоумножителей ФЭУ-87 и ФЭУ-85, а также разработанной методики контроля качества больших партий фотоумножителей могут быть созданы другие варианты сцин-тилляционных счетчиков для прецизионных измерений времени пролета.

Результаты, полученные при анализе спектров заряженных каонов, рожденных в Pb+Pb взаимодействиях при энергии ядра-снаряда 158

ГэВ/нуклон, дополняют имеющиеся данные для ядро-ядерных столкновений и дают фактический материал для развития теоретических моделей.

Апробация работы и публикации. Результаты, лежащие в основе диссертации, были доложены на международных рабочих совещаниях коллаборации СФЕРА, совещаниях коллаборации NA49, семинарах по релятивистской ядерной физике ЛВЭ, XII Международной конференции по ультра-релятивистским ядро-ядерным столкновениям: Кварковая материя '96 (Гейдельберг, ФРГ, 1996), Международном симпозиуме по странности в кварковой материи (Терра, Санторини, Греция, 1997).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-6].

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 90 страницах, состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 55 рисунков, 4 таблицы и список цитируемой литературы из 84 наименований.

Автор защищает

1. Результаты работы по развитию методики высокоточных времяпро-летных измерений и исследованию временных свойств отечественных фотоумножителей и сцинтилляторов, приведших к созданию прототипов счетчиков с рекордным временным разрешением 50-60 пс.

2. Результаты работы по созданию 900-канального времяпролетного детектора с рабочей площадью 2,2 м2, работающего в настоящее время в составе времяпролетной системы адронного спектрометра установки NA49 в ЦЕРН.

3. Результаты измерения и анализа распределений по поперечному импульсу и "поперечной массе" для К+ и К- мезонов, рожденных во взаимодействиях РЬ+РЬ при энергии ядра-снаряда 158 ГэВ/нуклон.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении обоснована актуальность диссертации, сформулирована цель работы, приведено краткое содержание диссертации по главам.

S, BPD2 Si

L.

BPD1 S,

Щ-И-3

Target MVTX1 MVTX2

UTPCL

•1TPCR

Г

о

-TOFR Ring - Calonmeïer

П

—ЕЭ—•

Veto - Calorimeter

Рис. 1: Схема спектрометра NA49.

В первой главе дано краткое описание элементов спектрометра ЫА49 и приведены их основные параметры. Сформулированы требования, предъявляемые к времяпролетному детектору.

Адронный спектрометр, изображенный схематически на рис.1, предназначен для регистрации и 60% от примерно 2000 заряженных частиц, образующихся в "центральном" РЬ+РЬ взаимодействии. Пучок ионов свинца выделяется по совпадению сигналов с черенковских счетчиков 81 и Эг, его положение и направление определяется с помощью пропорциональных камер ВРБ1 и ВРБ2. Черенковский счетчик Бз служит для выделения взаимодействий с определенной степенью "центральности". Две времяпроекционные камеры УТРС (размером 2,2 х 1,4 х 0,6 м3), расположенные внутри широкоапертурных дипольных магнитов с анализирующей способностью 4,5 Т-м каждый, и две камеры МТРС (3,8 х 3,8 х 1,3 м3), расположенные позади магнитов, служат для определения траекторий и ионизационных потерь с1Е/с1х заряженных частиц. Идентификация заряженных частиц основана на использовании комбинации с1Е/с1х информации (из ТРС) и скорости частиц, измеряемой двумя времяпро-летными детекторами площадью 2,2 м2 каждый. Выделение V0 вершин в УТРС и МТРС используется для идентификации К5, А и А распадов. С помощью сегментированного калориметра 11САЬ измеряются потоки поперечной энергии и анизотропия событий. Вето-калориметр УСАЬ используется для определения энергии спектаторных нуклонов и фрагментов ядра-снаряда, информация о которой лежит в основе триггера для отбора событий по прицельному параметру.

При идентификации заряженных частиц интервал импульсов 3-7 ГэВ/с, соответствующий "центральной" области быстроты для РЬ+РЬ столкновений при энергии 158 ГэВ/нуклон (у=2,9), является наиболее сложным

с точки зрения разделения пионов, каонов и протонов (антипротонов) с помощью ионизационных измерений во времяпроекционных камерах. Поэтому основной задачей времяпролетных детекторов спектрометра NA49 является "усиление" идентификации заряженных частиц в этом импульсном интервале. Для этого необходимо измерение времени пролета 7Г-, К-мезонов и протонов (антипротонов) на базе примерно 14 м с точностью не хуже 80 пс, что достаточно для их разделения с помощью комбинированной TOF-TPC идентификации на уровне (3,5-4) а.

Высокая множественность вторичных заряженных частиц в "центральном" Pb+Pb столкновении при энергии ядра-снаряда 158 ГэВ/нуклон, а также учет продуктов распадов нейтральных вторичных частиц приводят к тому, что в районе расположения времяпролетных детекторов плотность потока заряженных частиц составляет и 60 / м2 за одно взаимодействие. Для того, чтобы потери времяпролетной информации, связанные с одновременным попаданием двух и более заряженных частиц в один и тот же счетчик, составляли не более 10% необходимо, чтобы "рабочая площадь" счинтиллятора счетчика не превышала 20-25 см2.

Вторая глава посвящена созданию прототипа сцинтилляционного счетчика для времяпролетного детектора.

В первом разделе главы изложена процедура подбора делителя высоковольтного питания ФЭУ-87, обеспечивающего оптимальные временные характеристики счетчика. Показано, что изменение напряжений на динодных промежутках в пределах ±10% не приводит к существенному ухудшению временного разрешения, что позволяет использовать для изготовления делителей резисторы с точностью параметров ±10%. Определен рабочий диапазон амплитуд выходных сигналов.

Во втором разделе обсуждаются характеристики сцинтиллятора и фотоумножителя, влияющие на временное разрешение сцинтилляционного счетчика.

В третьем разделе главы подробно описаны процедура измерения временных разрешений исследуемых счетчиков, источники искажений и не-стабильностей получаемых величин и методы устранения или учета этих искажений и нестабильностей. Последнее приобретает особое значение в свете того, что измеряемые величины очень малы (несколько десятков пикосекунд). Описаны схемы испытаний детекторов на пучке синхрофазотрона ЛВЭ ОИЯИ и с использованием космических частиц. Подробно приведена процедура точной калибровки ВЦП. Показано, что собственное временное разрешение предложенной электронной схемы составляет 9±2

пс, т.е. можно говорить о том, что установка не искажает измеряемые собственные разрешения детекторов.

Сцинтилляционная Импульс сцинтилляционного света Измеренное временное

добавка Trise НС Tdecay НС Амплитуда относит.ся. разрешение детектора' ПС

1,5 % p-terphenyl + 0,01 % РОРОР 0,79 2,32 1,0 79 ± 4

2 % p-terphenyl 0,075 1,75 0,63 0,42 103 ± 7

3 % p-terphenyl — — 0,44 108 ± 6

1,2 % РОРОР 0,22 4,22 0,35 0,52 74 ± 4

3,2 % PDD 0,06 1,40 0,87 0,95 62 ± 3

3 % p-terphcnyl + 0,04% РОРОР — — 1,8 58 ± 3

NE111 0,35 1,65 — —

Pilot U 0,5 1,5 — —

* - Использован фотоумножитель ФЭУ-87 и образцы сцинтиллятора размером 70 ммх34 ммх23 мм (толщина по пучку).

Таблица 1. Параметры исследуемых сцинтилляторов.

В четвертом разделе изложены результаты исследования пластических сцинтилляторов, производимых в ЛВЭ ОИЯИ на основе полистирола с различными сцинтиллирующими добавками (см. табл.1, в которой, для сравнения, приведены также временные параметры сцинтилляторов NE111 и Pilot U). Показано, что для производства детекторов с высоким временным разрешением можно использовать два варианта сцинтиллятора:

1. Полистирол с добавкой 3% РЕЮ.

2. Полистирол с добавкой (3% р^егрЬепу1 + 0,04% РОРОР).

Пятый раздел второй главы посвящен исследованию различных модификаций фотоумножителей ФЭУ-87 и ФЭУ-85 на предмет их использования для прецизионных временных измерений. Было показано, что для обеспечения при массовом производстве детекторов на основе ФЭУ-87 временного разрешения не хуже 65-70 пс необходимо использовать фотоумножители со световой катодной чуствительностью не менее 80-90 мкА/лм. Т.к. только 1-2% серийных фотоумножителей ФЭУ-87 обладают такой высокой чуствительностью, нами было предложено заменить в процессе производства "серийный" бищелочной фотокатод БЬКСэ на более чувствительный монощелочной БЬСз. Проведенные измерения показали, что 60-70% производимых ФЭУ-87(8ЬСз) могут быть использованы для производства детекторов с временным разрешением сгйег<70 пс.

Тип Катод фотоумножителя Временное разрешение

фотоумножителя Форма мкА/лм мА/Вт детектора* пс

ФЭУ-85 плоский 120 85 101 ± 4

ФЭУ-85 плоский 137 82 141 ± 7

ФЭУ-85С "сферический" 76 52 70 ± 5

ФЭУ-85С " сферический" 91 58 63 ± 3

ФЭУ-87(БЬС5) " сферический" 107 58 56 ± 4

* - Использован сцинтиллятор на основе полистирола с добавкой 3% Р1Ш размером 70 ммх34 ммх23 мм(толщина по пучку).

Таблица 2. Временные разрешения, полученные при использовании фотоумножителей ФЭУ-85, ФЭУ-85С и ФЭУ-87(8ЬСз).

Кроме того, было показано, что модификация умножителя ФЭУ-85С с фотокатодом "сферической" формы может быть использована для временных измерений (табл.2).

Рис. 2:

тельного

О 5 10 15 65 195 200 205 210

ВРЕМЯ (часы)

Результаты измерения временного разрешения в течение дли-периода времени.

В шестом разделе второй главы показано, что у созданных сцинтил-ляционных счетчиков отсутствует деградация временных (рис.2) и амплитудных характеристик в течение длительного периода работы.

В седьмом разделе главы описана методика тестирования фотоумножителей на высокопроизводительном стенде. Приведены результаты тестирования и критерии отбора для примерно 1800 фотоумножителей, поступивших с Московского электролампового завода (МЭЛЗ).

В третьей главе дано описание времяпролетного детектора.

Первый раздел главы посвящен описанию механической конструкции времяпролетного детектора. Детектор составлен из 891 индивидуального сцинтилляционного счетчика со сцинтилляторами прямоугольной формы размером 23 мм (толщина по пучку) х 34 мм (высота) х 60/70/80 мм (длина ближних/средних/дальних от пучка счетчиков в соответствие с различной плотностью загрузки счетчиков). Каждый сцинтиллятор обернут светоотражающей алюминиевой фольгой и приклеен с помощью оптического клея Bicron ВС-600 на фотокатод отечественного фотоумножителя ФЭУ-87. Для удобства использования сцинтилляционные счет-

СЦ. СЧЕТЧИКИ

б)

МТРС(Ь)

РАМА

Рис. 3: Схема расположения сцинтилляционных счетчиков на ферме детектора : а) вид со стороны мишени; б) вид сверху.

чики объединены по 11 штук в еветоизолирующих кассетах (всего 81 кассета), изготовленных из тонкого алюминиевого листа и текстолита. Расположение счетчиков на ферме времяпролетного детектора, позволяющей фиксировать кассеты со счетчиками в пространстве на 3-х уровнях, показано на рис.3.

Во втором разделе дано описание высоковольтного питания детектора на основе системы CAEN SY527.

В третьем разделе главы кратко изложены основные принципы, лежащие в основе триггера времяпролетной системы, а также описана электроника считывания времяпролетной информации.

Четвертая глава посвящена анализу данных, полученных при работе времяпролетного детектора в составе спектрометра NA49 на пучке ядер свинца с энергией 158 ГэВ/нуклон.

В первом разделе подробно описана калибровка детектора и коррекция времяпролетной информации.

Калибровка времяпролетного детектора была выполнена на основе информации, набранной при работе спектрометра NA49 на пучке ядер свинца с импульсом 158 ГэВ/с. Предварительно проведенная реконструкция треков заряженных частиц во времяпроекционных камерах позволяла не только определить с большой точностью координаты пересечения плоскости времяпролетного детектора каждой заряженной частицей, но также предоставляла информацию об импульсе частицы и о длине ее трека от мишени до времяпролетного детектора. Кроме того, используя результаты измерения ионизационных потерь заряженных частиц в МТРС, оказалось возможным идентифицировать пионы и использовать только этот сорт заряженных частиц для калибровки времяпролетного детектора.

Ниже перечислены основные этапы калибровки детектора и коррекции времяпролетной информации:

— Предварительное положение времяпролетного детектора в пространстве измерялось геодезическими методами. Используя трековую информацию из времяпроекционной камеры проведено уточнение положения детектора по отношению к камере.

— Проведена коррекция момента прихода сигнала с фЭУ, учитывающая, что каждый канал измерения времени пролета, включающий в себя сцинтилляционный счетчик, сигнальные кабели и считываю-

щую электронику, вносит во время пролета индивидуальную постоянную задержку.

— Скомпенсирована зависимость измеренного времени от координат области, через которую заряженная частица пересекает сцинтиллятор.

— Проведена компенсация зависимости измеренного времени прихода сигнала с фотоумножителя от амплитуды этого сигнала.

— Частично скомпенсированы искажения времени пролета частиц, вносимые стартовым счетчиком (из-за его конечного временного разрешения) и медленным "дрейфом" временных параметров времяпро-летной системы как единого целого. Высокая множественность регистрируемых пионов Итг (несколько десятков за одно "центральное" событие) и точная информация о длине трека частицы Ь и ее импульсе р позволяют определить среднее значение (для каждого события) отклонения измеренного времени пролета пиона Тсогг от теоретически предсказанного Ь/уж(р) и использовать полученную величину в качестве поправки для коррекции времен пролета частиц, зарегистрированных в данном событии. Точность этого метода, определяемая величиной отор / ч/^тг, менее 10 пс (где сгтор ~ среднее временное разрешение времяпролетной системы) и превосходит временное разрешение стартового счетчика сгзтакг ~ 25 пс.

Среднее временное разрешение созданной системы для измерения времени пролета характеризуется шириной пика для 7г~-мезонов на рис.4 и составляет атор = 76 ± 2 пс. Следует подчеркнуть, что указанное разрешение включает в себя не только собственное разрешение сцин-тилляционных счетчиков, но и неопределенности, связанные с конечным разрешением стартового счетчика, с ошибками определения импульсов частиц и длины их треков, с искажениями, вносимыми в процессе работы электроники, и т.д.

Второй раздел четвертой главы посвящен описанию процедуры идентификации вторичных заряженных частиц.

После измерения времени пролета заряженной частицы Тсотт и привлечения информации о длине трека частицы между стартовым счетчиком и времяпролетным детектором Ь и ее импульсе р, предоставляемую времяпроекционной камерой, нетрудно определить скорость частицы :

С'-^согг

'В

в н

Я ю о о

о

ч

о &

ЕГ

-300 -200 -100

100 200 300 400 500

Тсогг - Ь/ьп(р), ПС

Рис. 4: Временной спектр Тсотг — Ь/уж(р) для всех счетчиков детектора после проведения коррекций. Ширина спектра характеризует разрешение времяпролетной системы сггог = 76±2 пс.

и ее массу :

(т0с2)2 = (рсу

Р2

Как следует из рис.5, можно говорить о разделении 7Г и К мезонов с помощью созданной времяпролетной системы вплоть до импульса 4,04,5 ГэВ/с, а также об идентификации протонов (антипротонов) вплоть до импульса 8 ГэВ/с и дейтронов вплоть до импульса 11-12. ГэВ/с.

Привлечение информации об ионизационных потерях частиц в газе времяпроекционных камер существенно расширяет импульсный интервал, в котором возможно идентифицировать заряженные частицы. На рис.6 показаны зависимости ионизационных потерь частиц с1Е/с1х в газе камеры МТРС от квадрата инвариантной массы Шд, полученной путем измерения времени пролета и импульса заряженной частицы, для слу-

о

СО.1.1 1.08 1.06 1.04 1.02 1

0.98

Р

а

а)

10 12 14

Р [СеУ/с]

2500

[Я

-н

Д 2000

Д л

О о 1500

1000

500

0.5

70 60 50 40 30 20 10 0

-в) 3-11 веУ/с

-ЬаИ

А б.

...... 1 |1< < ■ Гт\ ГП¿V

2 3

2\2

п& (СеУ/с2)

Рис. 5: (а) Зависимость восстановленной с помощью измерения времени пролета величины 1//3 от импульса, измеренного в МТРС, для вторичных частиц с положительным зарядом. Распределения по квадрату массы для: (б) положительно заряженных частиц в импульсном диапазоне 3-5 ГэВ/с; (в) дейтронов в импульсном диапазоне 3-11 ГэВ/с.

о

чая, когда времяпролетный детектор регистрирует положительно заряженные частицы. Двумерные гистограммы, представленные на рисунке,

э

в н о

о" и, н

5

а

о

н о с

л я к о 13

я

Й м

в о

к

1.2 1.1 1

0.9 0.8 О. 7

1.2

1.2

1.1

1

0.9

0.8

0. 7

0.5

0.5

1.2

т2, (ГэВ/с2)

Рис. 6: Зависимость ионизационных потерь в МТРС от квадрата массы, определенной с помощью времяпролетного детектора, для вторичных частиц с положительным зарядом. Линиями выделены области, используемые для подсчета числа К+ мезонов.

отвечают различным импульсным интервалам частиц (ширина каждого интервала - 1 ГэВ/с). Каждая гистограмма фитировалась суммой трех однотипных двумерных распределений, соответствующих пионам, као-нам и протонам (антипротонам). Двумерные функции для каждого из трех типов частиц, были выбраны в виде суммы двух компонент: дву-

мерного распределения Гаусса и экспоненциальной части, учитывающей "хвосты" распределений. Результаты фитирования позволяют использовать для дальнейшего анализа частицы из тех областей двумерных гистограмм, где разделение происходит наиболее надежно; при этом несложно определить, какой процент частиц искомого сорта попадает в выделенные области, и каковы примеси частиц других типов при такой процедуре идентификации. Так, например, можно оценить примеси пионов в идентифицированных К-мезонах для различных импульсных интервалов при использовании показанных на рис.6 областей двумерных гистограмм. Из расчетов следует, что вплоть до импульса 8 ГэВ/с возможно выделить каоны с примесью пионов менее 1%.

В третьем разделе главы описана процедура определения эффективности регистрации заряженных частиц времяпролетным детектором.

Эффективность регистрации заряженных частиц, связанная с конкретной геометрией времяпролетного детектора и его расположением по отношению к другим элементам установки, была определена с помощью программы моделирования спектрометра NA49, созданной сотрудниками коллаборации NA49 на основе пакета GEANT 3.

Из-за высокой множественности вторичных заряженных частиц в набранной информации присутствуют события, в которых несколько заряженных частиц попадают в один и тот же сцинтилляционный счетчик, что ведет к искажению времяпролетной информации. Для устранения такого рода искажений были исключены из обработки срабатывания тех счетчиков, в сцинтиллятор которых "попадало" более, чем один, треков из МТРС. Количество исключенных из обработки частиц составило 1015%; в дальнейшем число идентифицированных частиц каждого сорта коректировалось на соответствующую поправку.

Кроме того, используя отбор по заряду сигналов со сцинтилляцион-ных счетчиков, удалось исключить из обработки частицы, попавшие в края сцинтилляторов счетчиков, и частицы, попадание которых в сцинтиллятор сопровождается конверсией гамма-кванта. Поправки числа частиц, связанные с отбором событий по заряду сигналов с времяпролетного детектора, оцениваются на уровне ~ 7% для конверсии гамма-квантов и 3-7% для частиц, попавших в края сцинтиллятора.

В четвертом разделе главы приведены получение спектры по поперечному импульсу и "поперечной массе" для заряженных каонов, рождающихся в "центральной" области быстроты реакции 2,6 < у < 3,2 (рис.7, 8). Измерены значения параметров наклонов спектров Т = (224±12) МэВ для /Г+-мезонов и Т = (213±6) МэВ для ^"-мезонов.

ЫА49 ТОЕЬ Рге11ш±пагу

Рис. 7: Спектры К±-мезонов по поперечному импульсу р(. Приведенные ошибки измерений - статистические.

ЫА49 ТОП, РгеИт±пагу

тТ-т0, СеУ

Рис. 8: Спектры К±-мезонов по "поперечной массе" т1 — тц (то - масса покоя К-мезона). Приведенные ошибки измерений - статистические.

Интегрированием спектров, представленных на рис.8 (с учетом апрок-симации спектров в область "больших т("), были получены значения плотности заряженных каонов сШ/с!у в "центральной" области быстроты :

¿71

— (К+) = 26,4 ± 2,0 ау

Ип

— (К~) = 15,0 ±2,0 ау

Определено отношение выходов заряженных каонов в интервале быстроты 2,6 < у < 3,2 : < К+ > / < К~ >= 1,76 ±0,15.

Изложены результаты анализа полученных данных в рамках термодинамического подхода.

В заключении сформулированы основные выводы диссертации:

1. Проведено исследование пластических сцинтилляторов, производимых в ЛВЭ ОИЯИ, и отечественных малогабаритных фотоумножителей ФЭУ-87 и ФЭУ-85 на предмет их использования для создания счетчика для прецизионных временных измерений. Показано, что ФЭУ-87 и ФЭУ-85 (после некоторой модификации) пригодны для производства сцинтилляционных счетчиков с временным разрешением не хуже 70 пс.

2. На базе модификации фотоумножителя ФЭУ-87 разработан и создан сцинтилляционный счетчик с временным разрешением порядка 50 -60 пс.

3. Разработана методика измерения параметров ФЭУ и создан высокопроизводительный стенд, позволивший протестировать примерно 1800 фотоумножителей ФЭУ-87 (БЬСк).

4. На основе разработанного сцинтилляционного счетчика создан 900-канальный времяпролетный детектор с рабочей площадью 2 м2, в настоящее время успешно функционирующий в составе адронного спектрометра установки КА49 в ЦЕРН. Временное разрешение времяпро-летной системы составило 75 пс, что позволяет разделять пионы и ка-оны вплоть до импульса 8 ГэВ/с и выделять протоны (антипротоны) вплоть до импульса 10-12 ГэВ/с.

5. Получены распределения по поперечному импульсу и "поперечной массе" для К+ и К- мезонов, рожденных в "центральных" взаимодействиях РЬ+РЬ при энергии ядра-снаряда 158 ГэВ/нуклон. Определенные в "центральной" области быстроты взаимодействия значения обратного параметра наклона спектров Т (К+) = 224±12 МэВ, Т (К~) = 213±6 МэВ и плотности на единицу быстроты вторичных каонов dn/dy(/iT+) = 26,4±2,0 , dn/dy(/i-) = 15,0±2,0 хорошо согласуются с результатами измерений других экспериментов, а также близки к данным, полученным для "центральных" S+S взаимодействий при энергии ядра-снаряда 200 ГэВ/нуклон. Отношение выходов заряженных каонов в " центральной" области быстроты составило < К+ > / < К~ >= 1,76±0,15.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. S.V.Afanasiev, Yu.S.Anisimov, A.I.Malakhov, S.G.Reznikov, A.Yu.Seme-nov, P.I.Zarubin. "80 ps Timing Resolution Scintillation Counter with a Photomultiplier FEU-87". JINR Rapid Communications, N4-92, Dubna, 1992, p.277.

2. S.V.Afanasiev, Yu.S.Anisimov, A.I.Malakhov, G.L.Melkumov, S.G.Reznikov, A.Yu.Semenov, P.I.Zarubin. "Scintillation Counters for Multichannel Time-of-Flight System". Acta Physica Slovaca, vol.44 (1994) No.6, p.451.

3. S.V.Afanasiev, T.Alber, H.Appelshauser, ..., A.Yu.Semenov et al. "Stopping and Collective Effects at SPS Energies". Nucl.Phys. A610 (1996) 76c.

4. S.V.Afanasiev, T.Alber, H.Appelshauser,..., A.Yu.Semenov et al. "Hadron Yields and Hadron Spectra from the NA49 Experiment". Nucl.Phys. A610 (1996) 188c.

5. С.В.Афанасьев, Л.Я.Жильцова, В. И. Ко лесников, А.И.Малахов, Г.Л.Мелкумов, А.Ю.Семенов. "Сцинтилляционные детекторы для прецизионных временных измерений". Краткие сообщения ОИЯИ, Nl(81)-97, 1997, с.45.

6. С.В.Афанасьев, А.Ю.Исупов, В.И.Колесников, А.И.Малахов, Г.Л.Мелкумов, А.Ю.Семенов. "Многоканальный времяпролетный детектор в составе адронного спектрометра эксперимента N А49 в ЦЕРН". Краткие сообщения ОИЯИ, N5(85)-97, 1997, с.69.

Рукопись поступила в издательски» отдел 6 февраля 1998 года.