Развитие методики газовых детекторов для изучения K3l-распадов, поиска безнейтринного 2 ω-распада и исследования сильно нейтроноизбыточных ядер тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

13-95-432

На правах рукописи УДК 539.1.074 + 539.126.13

КЛАДИВА Эдуард

РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ ГАЗОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ £з/-РАСПАДОВ, ПОИСКА БЕЗНЕЙТРИННОГО 2р-РАСПАДА

И ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛЬНО НЕЙТРОНОИЗБЫТОЧНЫХ ЯДЕР

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1995

Работа выполнена в Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук БУДАГОВ Юлиан профессор Арамович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, Акимов Юрий профессор Константинович

кандидат физико-математических наук, Вовенко Анатолий

Серафимович

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Физический Институт им. П.Н.Лебедева РАН, г.Москва -

Защита диссертации состоится "___" __" 1995г.

в ____ часов на заседании Специализированного совета

Д-047.01.03 при Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований, г.Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ. Автореферат разослан "___"_____________ 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

доктор физико-математических наук Ю.А.Батусов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной по составных частей современных экспериментальных установок в физике атомного ядра и элементарных частиц являются газовые координатные детекторы, которые применяются не только в качестве трековых детекторов, но и как составная часть калориметров. Сложность и значительный объем измерительной аппаратуры в современных экспериментах приводит к тому, что стоимость оборудования становится одним из важных ограничении на реализацию идей экспериментаторов и ее снижение является важной задачей в развитии детекторной техники. Перспективными в этом направлении являются детекторы, которые могут одновременно измерять несколько характеристик регистрируемой частицы, как напр. траекторию частицы и ее ионизационную способность вдоль траектории во время-проекционной камере пли энергию и координату в позпцпонно-чувствительном калориметре.

Целесообразно снижение числа каналов дорогостоящей электроники. Актуальность данной работы заключается в разработке, создании и применении в физическом эксперименте газовых координатных детекторов с улучшенымп параметрами и низкой стоимостью единицы чувствительной площадп детектора. Развитие методики, связанной с этими детекторами, делает возможной постановку более точных экспериментов, измерение ранее известных параметров реакций с более высокой точностью, изучение тонких эффектов, ранее недоступных для экспериментальных исследований.

Цель работы:

Основной целью является развитие методики газовых детекторов с одновременным измерением нескольких характеристик регистрируемой частицы и разработка методов снижения стоимости такпх детекторов:

1. Разработка и создание прототипа и исследование характеристик время-проекцпонной камеры для полной 3-мерной реконструкции треков в многочастпчных процессах, в частности в эксперименте по поиску безнейтринного двойного /3-распада.

2. Разработка и исследование безэлектродных дрейфовых камер в экспериментах на ускорителе, в частности, в качестве трекового детектора для эксперпмента по оценке вклада скалярного п тензорного формфактора в матрнчный элемент распада К+ -+ тг°е+1л

3. Разработка радпационно стойкого и быстродействующего электромагнитного калориметра с определением координат оси электромагнитного ливня для центральной области калориметра Мно-гочастпчного Спектрометра п изучение его свойств.

Научная новизна:

Создана время-проекционная камера, в которой для определения второй координаты применен метод линий задержки и реализован метод отбора сигналов от камеры для однозначного определения координаты трека, позволяющий существенно сократить время обработки информации и снизить количество ложных треков.

Предложена установка для эксперимента по прямому изучению двойного /3-распада на основе время-проекционной камеры, которая позволяет существенного понизить уровень фоновых процессов в поисках безнейтрпнного 2/3-распада.

Изучено влияние параметров диэлектрика на свойства безэлектродных дрейфовых камер и предложены методы, обеспечивающие высокую и стабильную эффективность регистрации частиц в потоках частиц высокой интенсивности.

Предложен и на модели изучен новый тип позпцпонно-чувствптель-ного калориметра на основе измерения ионизации в сжатом газе. Газовый ионизационный слоистый калориметр отличается быстродействием и высокой радиационной загрузкой, хорошим энергетическим и высоким координатным разрешением.

Практическая ценность заключается в применении разработанных детекторов в экспериментах по физике ядра и элементарных частиц, в частности, использование безэлектродных дрейфовых камер в экспериментах на установке Гиперон на ускорителе У-70 (ИФВЭ Серпухов). Разработанный метод динамической стабилизации поверхностной плотности заряда в безэпектродных дрейфовых камерах позволил использовать их в составе лнвневого детектора для достижения рекордной точности определения координаты осп электромагнитного ливня.

Создана время-проекционная камера для трхмерной реконструкции треков заряженных частиц в многочастнчных процессах с размерами чувствительного объма 800x350x1600 мм3 и с общим числом каналов 240. Камера вошла в состав проекта КОМБАС, где готовится к применению в качестве финального детектора в эксперимен-

тах по изучению характеристик сильно нейтронопзбыточных ядер. На основе изучения свойств время-проекционной камеры предложена установка для эксперимента по поучению 2/3-распада, который реализуется в рамках широкой коллаборации (включая ОИЯИ) в Словакии.

Предложенный и экспериментально проверенный газовый ионизационный слоистый калориметр с измерением координаты ливня стал основой многочисленных разработок адронных и электромагнитных калориметров для области очень высоких быстрот в новых детекторных установках на ускорителях ББС п ЬНС.

Автор защищает:

1. конструкцию и результаты изучения характеристик время-проекционной камеры, позволяющей проводить трехмерную реконструкцию треков в многочастичных процессах

2. применение метода отбора сигналов от время-проекционной камеры для определения координат трека, позволяющего сз'щест-венно снизить число комбинаций сигналов в процессе восстановления трековой картины

3. предложение установки для эксперимента по прямому изучению двойного /^-распада на основе время-проекционной камеры, помещенной в магнитном поле с твердотельным источником 2/3-распада в чувствительном объме камеры

4. метод динамической стабилизации поверхностной плотности заряда в безэлектродных дрейфовых камерах в интенсивных п резко меняющихся потоках частиц

5. применение безэлектродных дрейфовых камер в измерении значений отношения скалярного и тензорного формфакторов к векторному формфактору в процессе К+ 7г0е+и при энергии К+-мезона 10.7 ГэВ/с2

6. новый вид позпцпонно-чувствптельного ионизационного слоистого калориметра на основе сжатого газа.

Апробация работы . Основные результаты работы докладывались на научно-методических семинарах ЛЯП и ЛВЭ ОИЯИ, ИЭФ Кошпце, Международных научных конференциях по физике высоких энегрий в Берклп (1986 г.) и Мюнхене (1988 г.), Международной конференции по координатным детекторам в Дубне (1987 г.), Рабочем совещании "Физика на УНК" в Серпухове (1990 г.), опубликованы

в виде отечественных и зарубежных журнальных статей и изданий

оияи.

Публикации. В диссертации обобщены результаты работ, выполненных автором в 1984 - 1990 гг. во время пребывания в ЛЯП ОИЯИ. Основные результаты работы наложены в 14 публикациях. Структура публикации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, в котором приводятся основные выводы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цели работы, отмечена ее новизна п практическая ценность, определены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации содержит описание конструкции прототипа время-проекционной камеры и результаты изучения ее характеристик на модели.

В Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ разработан проект Большой Адронный Спектрометр (БАС). Долгосрочная физическая программа для БАС включала систематическое изучение локальной структуры адронов в бинарных п инклюзивных процессах с высокой множественностью обычных и странных частиц. В качестве трекового детектора БАС с чувствительным объемом 5x4x2 т2 для 3-мерной реконструкции траекторий частиц в процессах с высокой множественностью выбрана время-проекционная камера. Для освоения методики и изучения свойств детектора нами создана модель время-проекционной камеры с размерами чувствительного объма 800x350x60 мм3 и прототип камеры с размерами 800x350x1600 мм3.

Гомогенное электрическое поле в чувствительном объеме камеры (рис. 1) формируется с помощью высоковольтного катода (КП) п системы полеформирующпх электродов (ПЭ) в виде трубок с толщиной стенкп 0.2 мы. Линейно падающий потенциал для трубок задется с точностью < 1% резпетпвным делителем (РД). Область газового усиления формируется сеткой из чередующихся сигнальных (СП) п поле-формнрующпх (ПП) проволочек, натянутых с шагом 5 мм, и отделяющей сеткой (ЗС). Замыкает область газового усиления линия задержки (ЛЗ) для определения второй координаты. Две соседних анодные проволочкп над линией задержки объединены на один вход предуспли-теля и таким образом формируются слон толщиной 2 см. В прототипе камеры создано 80 слоев, в модели 3 слоя. Для управления процессом

Figure 1: Поперечный разрез время-проекционной камерой.

сбора электронов в камере на высоте 3 мм над отделяющей сеткой натянута (параллельно направлению пучка) трпггерная сетка (ЕС). Отдельные проволочкп сетки объединены в полоски шириной 2 см, которыми можно управлять самостоятельно [б].

Для регистрации частиц в процессах с высокой множественностью создана специальная электронная аппаратура (рпс. 2), которая обладает следующими свойствами:

- с высокой точностью (1 не) измеряет время прихода сигнала

- регистрирует большое количество сигналов в течение длительного интервала времени (16 мке)

- обладает малым мертвым временем (64 не)

- с высокой частотой (64 не) измеряет амплитуду отдельных сигналов.

Ее принцип состоит в стробировании входного состояния с высокой частотой, одновременном быстром запоминании информации в круговой памяти п в считывании и последующей обработке "обратно по времени" после прихода триггерного енгнала.

Нами детально исследованьг характеристики время-проекцпонной камеры в пучке минимально ионизирующих частиц. Камера работает с эффективностью регистрации частиц близкой к 100 %. Она обладает хорошей линейностью зависимости времени прихода сигнала от координаты траектории первичной частицы. Показано, что на точность определения координаты траектории частицы существенное влияние окалывает диффузия. Зависимость пространственного разреше-

О ТРЕК е-

~~Х~----ТТТТ"

о

1С 6

1С зс-пп

\cnVG\on

мвцп —

АЦП —

до мзип

до мзип

Figure 2: Блок- схема канала электроники. JI3 - линия задержки; ПУ

- предусилитель; Д - дискриминатор; У - регулируемый усилитель; ДО - детектор нулевого уровня; М-ВЦП - многостоповый ВЦП; АЦП

- быстродействующий параллельный АЦП; ВН - высокое напряженне.

20 V(см!

Figure 3: Пространственное разрешение по направлению дрейфа (налево) и вдоль сигнальных проволочек (направо) в зависимости от длины дрейфа.

нпя в вертикальном направлении от длины дрейфа (рис. 3) фптпро-валась функцией сгг,{у) = y/af^y + Щ, в которой диффузионный член ау — 0.086±0.003мм/-у/см, а член, объединяющий разброс кластеров и вклад аппаратуры, Ьу = 0.189 ± 0.021 мм.

Показаны преимущества определения второй координаты с помощью линии задержки. Линия задержки плотно намотана на корпусе сложной формы с вклеенными компенсирующими печатными платами. Ее длина - 850 мм и поперечные размеры - 18x5 mm2. Разработке линии задержки посвещена серьезная часть методических исследований и достигнуты параметры на уровне лучших мировых разработок (таблица 1.).

Влияние диффузии дрейфующего облака электронов на пространственное разрешение вдоль сигнальных проволочек показано на рис. 3. Здесь диффузионный член имеет значение ах = 0.548±0.022мм/т/см (он связан с коэффициентом поперечной диффузии, а для анодного сигнала с коэффициентом продолной диффузии электронов) и вклад аппаратуры составляет Ьх = 1.74 ±0.074 мм.

Для эффективной реконструкции трековой картины в многочастичных процессах нами применен метод считывания сигнала с обоих кон-

активное сопротивление 360 Ом

импеданс 1000 Ом

задержка 4.76 нс/мм

ослабление сигнала 1.2 дБ/мкс

фронт сигнала 70нс

цов лпнпп задержки. Если задаться условием tR+tL-2-td-tDL < 150нс, где tR п t-i - времена прихода сигналов на правый и левый концы лпнпп задержки, td - время дрейфа электронов, a tDL - постоянная, то с высокой достоверностью на уровне 3ащ можно выделить сигналы от анода и линии задержки, соответствующие одной частице. Область, в которой нелзя данным методом разделить два трека, занимает менше, чем 3% чувствительной площади камеры.

Вторая глава диссертации посвещена использованию время-проек-цпонной камеры в физическом эксперименте. Созданный прототип ВПК нами предложено применить для исследования ядер с большим избытком нейтронов, что является актуальной задачей с точки зрения выбора правильной теории, описывающей свойства экзотических ядер, а также для экспериментального определения границы ядерной стабильности. Эффекты статической деформации ядер, когда изотопы, нестабильные в сферическом ядерном потенциале, могут стать стабильными в деформированном состоянии, планируется изучать в рамках международного проекта КОМБАС [14].

В Лаборатории ядерных реакций (ОИЯИ Дубна) на базе циклотронов У-400 и У-400М создан ускорительный комплекс, который способен давать пучки тяжелых ионов до энергии 100 - 150 МэВ/А. Для эффективного сбора ядер, образованных в ядерных реакциях на мишени, используется спектрометрический магнитный канал. В качестве финального детектора используется нами разработанный прототип время-проекционной камеры [13]. Она позволяет измерить характеристики ядер, чувствительные к форме ядра: - полуперподы распада для /^-радиоактивных ядер, когда вследствие изменения четности в деформированном ядре может стать разрешенным переход, запрещнный в нормальных условиях, п Tj/2 может уменшпться вдвое

I I — 1 1 -----1-

{ 1 { 1

- 1 1 1 1 1

CI 2 3 4 5« loV1 ПОТОК Ч-СТИЦ

Figure 4: Зависимость эффективности регистрации частиц от интенсивности потока частиц через камеру.

_во

1 ......"I --------

■ \ 1 в = о

- В = 1.5Тл ' 1

| f t

to во 120 U. IB)

Figure 5: Управление эффективностью регистрации частиц с помощью запирающей сетки вне магннтного поля и в магнитном поле В=1.5 Тл, параллельном направлению дрейфа.

- вероятность эмиссии нейтронов из /^-запаздывающего распада дочернего ядра резко снижается при изменении четности деформированного ядра

- среднеквадратическпй размер ядра, который медленно растет при удалении от области /^-стабильных ядер

- сечение ядерных реакций, где в спектре импульсного распределения продуктов реакции могут наблюдаться узкие пики, соответствующие срыву двух взаимосвязанных поверхностных нейтронов.

Недостатком известных стандартных разработок ВПК является снижение эффективности регистрации частиц в пучке ионов с высокой интенсивностью. Падение трековой эффектпвностп до 85 % в потоке частиц высокой интенсивности, показаное на рпс. 4, связано с накоплением объмного заряда около анодных проволочек. Для повышения эффективности нами введена в камеру триггерная сетка, которая пропускает в область газового усиления дрейфующие электроны только от события, на которое выработан внешний триггер. Как показано на рпс.5, триггерная сетка работает эффективно в магнитном поле и без него [6].

22 у(см)

• ю з ю го

, [cm]

Figure 6: Зависимость трековой эффективности от длины дрейфа электронов (налево) н от координаты вдоль сигнальных проволочек (направо).

Высокая точность определения координат трека частицы в 3-мерном изображении и возможность измерения ионизационных потерь вдоль ее траектории делают время-проекцнонную камеру привлекательной для поиска безнейтринной моды 2/3-распада. Преимуществом методики прямого наблюдения 2/?-распада является возможность измерения энергетического спектра распадов и, следовательно, определения типа 2/?-распада. Основной трудностью этих экспериментов является определение фоновых процессов и их подавление.

Нами разработана установка для изучения (2/3)0„-распада с помощью ВПК, помещенной в слабом магнитном поле [9], которая позволяет проводить полную 3-мерную реконструкцию треков частиц в ВПК и измерение ионизационных потерь энергии частицы вдоль ее траектории. Источник 2/3-распада располагается непосредственно в чувствительном объме камеры. Рассмотрены три варианта ВПК и оптимизирована конструкция камеры для достижения низкого уровня собственной радиоактивности детектора. Активность подобранных материалов, используемых в конструкции камеры, ниже 10 мБк/кг.

Характеристики камеры изучены нами на модели камеры. Достигнутые точности определения коордннат трека и высокая трековая эффективность позволяет определить вершину 2/?-распада с точностью 2 мм и достигнуть импульсное разрешение 10 %, что достаточно для эффективного подавления основных фоновых процессов. Показано, что камера работает с трековой эффективностью более 90 % во всем объеме камеры (рис. 6). В результате ожидаемый уровень фона в ВПК составляет 0.003 событпй/кэВ в год, откуда следует нижний предел для времени полураспада безнейтрпнного 2/3-распада

у.*

о

6 UQtfkS!

Figure 7: Зависимость объмного тока утечки от потенциала ¡7(0,6) в безэлектродной дрейфовой камере для разной интенсивности потока частиц: 1 - в фоновых условиях Ф = 0; 2 - при средней интенсивности Ф = 105 част./сброс; 3 - при высокой интенсивности Ф = 10® част./сброс.

за один год экспозиции 12.2 • 1023 лет для изотопа п 7.9 • 1023 лет для 150 N(1 [9]. Предложенная конструкция детектора и электронная аппаратура создаются в Словакии в рамках широкой международной коллаборацпн с участием ОИЯИ [7].

В третей главе содержится описание разработаных нами методов предоленпя падения эффективности регистрации частиц в безэлектродных дрейфовых камерах, которое наблюдалось прп повышенной интенсивности потока частиц через камеру. До нашпх исследований камеры данного типа применялись только в потоках малых пн-тенснвностеп от радиоактивных источников.

Гомогенное дрейфовое поле в безэлектродной камере создается поверхностным споем положительных ионов, которые образуются в процессе газового усиления и оседают на внутренние поверхности диэлектрических стенок камеры. Нами подробно пзучен процесс формирования слоя понов в зависимости от разных сортов дпэлектрпка, использованного для конструкции камеры [5]. Установлено, что в камере важно соотношение тока диффузии дрейфующих понов п тока утечки заряда с внутренней поверхности стенок камеры. Показано, что диапазон значении интенсивности потока частиц, в котором камера работает с высокой эффективностью, зависит от объемного сопротивления диэлектрика. Найден диапазон значений удельного сопротивления диэлектрика ру = 1012 н- 5 • 1014 для устойчивой работы камер в интенсивных потоках частиц до 5 • 105 част./с.

Выбор режима работы безэлектродной камеры нами предложено

проводить по соотношению потенциала на внутренней поверхности стенок камеры п тока утечки, которое показано на рис. 7. Штрпфо-вой линией указана зависимость для идеально заряженной поверхности. Кривые 1 п 2 мало отличаются и при малых значениях анодного напряжения камера недозаряжена. Подбором анодного напряжения можно при данной интенсивности потока частиц получить гомогенное поле в дрейфовой области. В потоке частпц интенсивностью 106 частиц/сброс, как показывает кривая 3, оптимальный режим установить нельзя и необходимо применить диэлектрик с более низким значением уделного сопротивления.

Важным параметром безэлектродных дрейфовых камер является время рассасывания избыточного свободного заряда со стенок камеры, которое определяет скорость стабилизации режима камеры после изменения интенсивности потока частпц (рис. 8). Нами определены постоянные времени стабилизации формы потенциала в дрейфовом объме п эффективности камеры г и 4750 сек. Показана связь этих величин с параметрами диэлектрика. Предложен метод стабилизации поверхностной плотности заряда, который заключается во введении вспомогательного электрода в камеру, поддержке постоянной разности потенциала между поверхностью диэлектрика и анодной проволочкой п в применении усилителя с регулируемым з'силенпем. Как показано на рпс.8, метод позволил сократить время восстановления эффективности камер после резкого изменения интенсивности потока частпц через камеру до 3 минут [4].

Благодаря этому оказалось возможным применить созданные безэлектродные дрейфовые камеры общей площадью 4 т2 в физической программе на ускорителе, направленной на изучение распадов К+. В рамках модернизации установки Гиперон, на которой выполняется эта программа, создан шпрокоапертурный электромагнитный калориметр на основе свинцового стекла. В нем применена система пз активного конвертора п безэлектродных дрейфовых камер [1,3], которая улучшила координатную точность калориметра в 2 раза. На основе изучения поперечного распределения заряда в электромагнитном ливне намп обоснован метод обработки информации с безэлектродных дрейфовых камер, который улучшил точность определения осп электромагнитного ливня при использовании данных с этих камер в 1.4 раза. Двухлпвневое разрешение улучшено до 35 мм [8].

Созданные на основе проведенных методических исследовании ши-

100

-80 2

b 60 z

40

20

b1.S»10s''| I =

10's'

I *

0 5 10 TIME ( min )

15 20

/к

I i' »

i i

К к

30000

ЗАГРУЗКА I с'1 )

-5 0 5 В ВРЕМЯ I мин.)

Figure 8: Восстановление эффективности регистрации частиц после снижения загрузки в безэлектроднои дрейфовой камере без стабилизирующих электродов (слева) и со стабилизирующим электродом (справа).

рокозазорные безэлектродные дрейфовые камеры впервые применены в качестве трекового детектора в эксперименте по исследованию распада А'+ 7г°е+г/, который поставлен на установке Пшерон в рамках программы изучения распадов К+. Безэлектродные дрейфовые камеры использовались для реконструкции треков от заряженных продуктов распада. Их высокое пространственное разрешение увеличило статистику восстановленных событии распадов К+ тг°е+^ на диаграмме Далптца на 25 % и повысило точность определения соотношения тензорной и скалярной составляющей формфактора к его векторной составляющей [12]. В результате получены самые точные -на данное время - значения этих отношений.

Четвертая глава содержит описание конструкции и полученные в исследовании на пучке частиц основные характеристики координатного ионизационного калориметра на сжатом газе для центральной части заднего калориметра установки Многочастпчный Спектрометр (МЧС). Основной физической задачей проекта МЧС, включенного в первоочередную псследовательскую программу с фиксированной мишенью на ускорителе УНК, являлось изучение физики тяжелых кварков (Ь и с), особенно фундаментальных вопросов физики В-частпц. Задний электромагнитный калориметр установки МЧС предназначен для регистрации 7-квантов, электронов и позитронов с энергией до 600 ГэВ. Его центральная часть подвергается облучению интенсивным потоком частиц с широким диапазоном энергии, .лреимуще-

BEAM

I=>

Figure 9: Схема модели газового ионизационного слоистого калориметра. 1 - катодные диски; 2 - анодные квадранты; 3 - дюралюминиевый контейнер; 4 - предуси-лнтели.

ственно -/-квантов под малым углом разлета.

Нами разработан модульный газовый электромагнитный калориметр с детектором на основе ионизационных камер с высоким давлением рабочего газа и с организацией считывающих электродов в виде башен [10]. Ранее применялись слоистые газовые калориметры, работающие при атмосферном давлении, но достигнутое энергетическое разрешенпе недостаточное. Единственное методическое исследование энергетического разрешения нонизацнонного слоистого калориметра на сжатом газе было выполнено группой Долгошеипа (Nucl. Instr. and

Нами создана модель калориметра, определен релшм работы и исследованы характеристики калорпметра. Модель состоит из 70 ионизационных камер в форме диска, собранных в цилиндр. Толщина рабочего. объма каждой камеры 2 мм, диаметр чувствительной площади 80 мм. Свинцовые электроды камер толщиной 2 мм служат одновременно поглотителем. Анодные диски разделены на четыре квадранта и все квадранты расположенные друг за другом, соединены продольно в 4 башни. Каждая башня подключена к отдельному предусплптелю. Калориметр помещается в дюралюминиевый цилиндрический корпус, рассчитанный на высокое давление газа до 50 атм, который наполнялся ксеноном или аргоном с добавкой 10% СН4.

Показана линейная зависимость величины собранного заряда от энергии частицы и от давления рабочего газа. Получено энергетическое разрешение калорпметра аЕ/Е = ^ для давления рабочего газа 20 атм. Это разрешение для энергий регистрируемых частиц выше 100 ГэВ сравнимо с разрешением жидкоаргонных калориметров и калориметров на основе свинцового стекла [11].

Для определения координаты осп электромагнитного ливня использовалась функция = 0.5 • [1 - соЛа(х- /?)], где Ах - сумма амплитуд двух соседних башен, координата центра которых х > 0, а А2

Meth. 159, (1979) pp. 83-92.).

Figure 10: Зависимость отношения амплитуд R(y) = Ai/(Ai + Л2) от координаты налетающего электрона у. Сплошной линией указана зависимость R(y) = 0.5-[1 -cotha(y-f3)], где а = 0.115 66н /3 = 52.6.

Figure 11: Пространственное разрешение газового ионизационного слоистого калориметра в зависимости от координаты попадания первичного электрона. Ес- = 26.6 ГэВ, гад Хе + Ю % СН„, давление 20 атм.

X coordinate, mm

соответсвенно для х < 0. Величины параметров а = 0.115 и (3 = 53 получены из экспериментальной зависимости, показанной на рис. 10.

Среднеквадратические отклонения распределения разности координаты осп электромагнитного ливня и координаты налетающего электрона в зависимости от координаты попадания электрона в калориметр показаны на рис. 11. Координатное разрешение калориметра после вычета вклада пропорциональных камер составило ах = 0.8 мм при энергии электронов 26.6 ГэВ [11].

Применение газового калориметра обеспечивает существенное снижение затрат не только на создание установки, но и во время работы установки. Впервые разработанный и экспериментально проверенный вид позицпонно-чувствительного калориметра отличается высоким быстродействием, хорошим энергетическим и координатным разре-

шенпем и высокой радиационной стойкостью, что позволяет применять его в области высокой радиационной нагрузки в крупных установках на ускорителях ТэВ-ного диапазона энергий. Данная работа послужила стартовой для детального изучения рядом групп характеристик газовых ионизационных калориметров для их применения в качестве электромагнитного п адронного калориметров.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации:

1. Создана время-проекцпонная камера для трхмерной реконструкции треков заряженых частиц в многочастичных процессах. Размеры чз'вствптельного объма камеры - 800x350x1600 мм3 и общее число каналов - 240. В камере предусмотрен режим быстрого трнггнрованпя и изменения формы чувствительного объма. Детально изучены характеристики камеры на модели II получены выражения для координатного разрешения в вертикальном (ау) и горизонтальном (ах) направлениях [6]:

(<7У)2 = (0.026 ± 0.001)2 * ¡/Н + (0.189 ± 0.021)2[тт] (<гг)2 = (0.165 ± 0.007)2 * у[тт] + (1.740 ± 0.074)2[тт].

2. Применен метод определения второй координаты во время-проек-цпонной камере на основе точного измерения времени прихода сигналов к обоим концам лннпп задержки, благодаря чему существенно ускорен алгоритм определения координат треков отдельных частиц в событиях с высокой множественностью и снижено количество ложных треков. Двухтрековое разрешение составляло 10 мм в горизонтальном направлении п 4.5 мм в вертикальном. Трековая эффективность достигала 90 % [6].

3. Создана электронная аппаратура для съма и обработки сигнала от анодных проволочек н линий задержки время-проекцпонной камеры, в которую входит блок аналоговой электроники с детектированием максимума сигнала и блок оцифровки, включающий быстродействующий: зарядочувствптельный 6-битный АЦП, стробпрз'ющпй сигнал с частотой 15.6 МГЬ, и многостоповый ВЦП с временным разрешением до 1 не и мртвым временем 64 не.

4. Предложена установка для исследования двойного /3-распада в тврдотельных веществах с помощью время-проекцпонной камеры,

помещнной в слабое магнитное поле. Изучены варианты размещения радиоактивных образцов и геометрии камеры. Уровень фона подавлен до 0.003 событпй/кэВ в год, что позволяет достигнуть нижний предел времени полураспада для 2/3(0м) процесса 12.2 • 1023 лет. Предложенная конструкция детектора и электронная аппаратура создатся в Словакии в рамках широкой международной коллаборацнп с участием ОИЯИ [9].

5. Предложено применение созданной (пункты 1. - 3.) время-проек-цпонной камеры в качестве финального детектора магнитного канала сепарации для изучения характеристик ядер изотопов лгкпх элементов с избытком нейтронов вблизи границы стабильности. Созданная аппарат}фа вошла в международный проект СОМ-ВАЗ, который находится в стадии сборки и отладки отдельных узлов установки в Л ЯР ОИЯП [14].

6. На основе изучения диэлектрических свойств полимерного изолятора предложен и экспериментально обоснован метод динамической стабилизации поверхностной плотности заряда, формирующего электрическое поле в дрейфовой области безэлектродных дрейфовых камер, что позволило использовать их в составе системы "Активный Конвертор - Широкозазорные Дрейфовые Камеры - Ливневой Годоскоппческпй Детектор" и улучшить точность определения координаты оси ливня в электромагнитном калориметре установки Гиперон в 3.5 раз. Двухлпвневое разрешение составило 35 мм [8].

7. Безэлектродные дрейфовые камеры использованы впервые на ускорителе в эксперименте по изучению К+ -» ■к°е+и, в котором получены самые точные значения отношении скалярного и тензорного формфакторов К.

| /5//+(0) 0.070 ± 0.016(стат) ± 0.016(спст) | /,//+(0) |= 0.53±8;?§(стат) ± О.М(спст) [12].

8. Предложен, разработан и экспериментально проверен новый вид позпцпонно-чувствительного слоистого калориметра на основе измерения ионизационных потерь в сжатом газе. Калориметр отличается коротким временем отклика п способен работать в жсткпх радиационных условиях. Создана модель, п изучены характеристики электромагнитного калориметра, достигнуто энергетическое разрешение сге/Е = 15%/-/Ё-+30%/Е и координатное

разрешение ах = 0.8 мм при энергии электрона 2G.G ГэВ [11]. Предложенный вид калориметра стал основой разработок калориметров для области очень высоких быстрот в новых детекторных установках для ускорителей УНК, SSC, LHC.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.iM.Artykov, G.S.Bitsadze, Yu.A.Budagov, A.M.Blik, V.Hlinka, V. V.Glagolev, I.A.Minashvili, A.A.Omelyanenko, E.Ivladiva, V.M. Ko-rolev, A.A.Semenov, S.V.Sergeev, B.Sitar, A.S.Solovyev, A.B.Yor-danov, R.V.Tsenov, J.Spalek. "Accuracy of electromagnetic shower position determination bv wide-gap drift chamber." Nucl.Instr. and Metli. A251, (1986) p.61-66.

2. A.M.Artykov, G.S.Bitsadze, Yu.A.Budagov, A.M.Blik, V.Hlinka, V. V.Glagolev, I.A.Minashvili, A.A.Omelyanenko, M.N.Omelyanenko, E.Kladiva, V.M.Korolev, P.Povincc, A.A.Semenov, S.V.Sergeev, B.Sitar, M.Seman, A.S.Solovyev, A.B.Yordanov, R.V.Tsenov, J.Spalek. "Recent advances in wide-gap drift chambers developing for the spectrometer HYPERON" Acta Pliysim Slovaca vol. 36 (19S6) no.4 p.255-265.

3. Ю.А. Будагов, В.В. ГЬаголев, Э. Кладива, А.А. Омеляненко, А.А. Семенов, Б. Ситар, И. Шпалск. A.M. Артыков: "Применение широкозазорных дрейфовых камер для регистрации частиц и электромагнитных ливней." Труды Межд. спмп. по координатным детекторам п физике высоких энергий, (Дубна 1987), ОПЯП Д1 13-88-172, 1988.

4. A.M.Artykov, Yu.A.Budagov, V.Hlinka, V.V.Glagolev, A.A.Omelyanenko, M.N.Omelyanenko, E.Kladiva, V.M.Korolev, P.Povinec, A.A.Semenov, S.V.Sergeev, B.Sitar, M.Seman, P.Yanik, A.B.Yordanov, J.Spalek. "How to use electrodeless drift chambers in experiments at, accelerators" Nucl.Instr. and Mctli. A255, (1987) 493-500.

5. A.M.Артыков, В.В.ГЬаголев, В.Пншка, Э.Кладива, Б.Ситар. "Параметры диэлектрика и формирование электрического поля в безэлектродных дрейфовых камерах" Приборы п техника эксперимента, 1989, 1, с.66-70

6. Yu.A.Budagov, V.V.Glagolev, A.A.Omelyaneko, A.A.Semenov, V. Hlinka, P.Povinec, B.Sitar, E.Kladiva, M.Seman, J.Spalek, A.M.Arty-kov. "Tests of a time projection chamber module with delay line readout." Nucl.Instr. and Meth. A284, (1989) p.433-438.

7. M.Chudy, V.Hlinka, P.Kubinec, R.Janik, Iv.Janko, L.Lucan, J.Ma-sarik, I.Melo, M.Pikna, M.Plesko, P.Povinec, J.Stanicek, P.Strmen, J.Szarka, P.Yojtyla, Yu,A.Budagov, E.Kladiva, J.Rohac, A.A.Semenov, B.Sitar, F.Simkovic, E.Bellotti, Yu.A.Zdesenko, M.Seman, J. Spalek. "A proposal on double bcta-decay investigation using a time projection chamber." preprint UKJF-10/89, Bratislava, 1989.

8. Г.С. Бицадзе, Ю.А. Будагов, В.В. Глаголев, Ю.Ф. Ломакин, С.Н. Малюков, А.А. Омельяненко, Н.А. Русаковпч, А.А. Семенов, Ю.Н. Харжеев, В. Глинка, П. Повннец, Б. Ситар, Э. Кладпва, М. Семан, И. Шпалек, А.Б. Йорданов, Л.Б.Лптов, Р.В.Денов, А.М.Артыков, В.М. Манпев, И.А. Минашвнлп, Р.Г. Салуквадзе, Д.И. Хубуа, А.Н. Захарченко. "Определение.координат ствола электромагнитного ливня в годоскоиическом калориметре с апертурой 2 т2." Приборы и техника эксперимента, 1990, 2, с.70-74

9. P.Povinec, B.Sitar, E.Kladiva, M.Seman, J.Spalek, Yu.A.Budagov, A.A.Semenov. "A time projection chamber for double beta-decay experiments." Nucl.Instr. and Meth. A293, (1990) pp.562-568.

10. N.D.Giokaris, K.Goilianos, D.F.Anderson, S.Cihangir, A.Para, J.Zim-

• merman, D.Carlsmith, D.Reeder, Y.A.Budagov, D.M.Khazins, E.Kladiva, A.A.Kuritsyn, C.Amatuni, M.Morgan. "Proposal for the development of high pressure sampling gas ionization calorimetry for the SSC." proposal Rockefeller University, New York 1990.

11. D.M.Khazins, E.Kladiva, R.N.Krasnokutsky, L.L.Kurchaninov, A.A. Kuritchin, V.V.Sushkov, R.S.Shuvalov, A.N.Zakhartchenko. "Sampling gas ionization electromagnetic calorimeter." Nucl.Instr. and Meth. A300, (1991) pp.281-285.

12. S.A.Akimenko, V.I.Beloussov, G.S.Bitsadze, A.M.Blick, Yu.A.Budagov, I.E.Chirikov-Zorin, G.A.Chlacliidze, Yu.I.Davydov, V.P.Dzhele-pov, A.A.Feshchenko, V.B.Flyagin, V.V.Glagolev, V.Hlinka, D.I.Hu-bua, A.B.Jordanov, Yu.N.Kharzheev, E.Kladiva, V.N.Kolosov, V.M. Kutin, L.B.Litov, Yu.F.Lomakin, L.K.Lytkin, S.N.Malyukov, V.M.

Maniev, I.A.Minaslivili, A.A.Oleynik, V.I.Romanovsky, N.A.Russa-kovich, N.L.Russakovich. A.A.Semenov, S.V.Sergcev, B.Sitar, A.S.So-loviev, J.Spalek, R.V.Tsenov, G.V.Vclcv, V.B.Vinogradov, A.G.Vo-lodko. "Measurement of the Iv —> ~ev form factors " Phys. Letters B 259 (1991) p. 225-228.

13. V.Hlinka, P.Povinec, B.Sitar, E.Kladiva, M.Seman, J.Spalek, A.G. Artukh, Yu.A.Budagov, A.A.Semenov, Yu.G.Teterev. "A time projection chamber for heavy ion physics." Acta Physica Slovaea 41 (1991) No4. p.243-250.

14. A.G.Artukh, Yu.A.Budagov, V.Hlinka, K.Holy, E.Kladiva, V.A.Niki-tin, A.A.Omclyanenko, P.Povinec, M.Seman, A.A.Semenov, B.Sitar, J.Spalek, Yu.G.Teterev. "Time projection chamber for experiments with heavy ions." J. Pliys. G.: Nucl. Part. Phys. 17. Suppl. (1991) s.477-481.

Рукопись поступила в издательский отдел 17 октября 1995 года.