Регистрация релятивистских заряженных частиц в микростриповой газовой камере тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Российская Академия Наук ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ П.Н. ЛЕБЕДЕВА Физика высоких энергий и космических лучей Лаборатория астрофизики сверхвысоких энергий

РГ6 од

на правах рукописи УДК 539.1.074

КОСТИН АНДРЕЙ ПЕТРОВИЧ

Регистрация релятивистских заряженных частиц в микростриповой газовой камере. .

Специальность 01.04.16- физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1997 г.

Работа выполнена в Физическом институте им. П.Н.Лебедева Российской Академии Наук

Научные руководители:

Чл.-корр. Российской Академии Наук кандидат физико - математических наук

Официальные оппоненты: доктор физико - математических наук доктор физико - математических наук

Ведущая организация: Московский инженерно - физический институт (Технический Университет)

С. И. Никольский В.М. Гришин

Л.Н.Смирнова Г.И.Мерзон

Защита состоится_1997г. в_часов на

заседании диссертационного ученого совета К002.39.04 Физического Института им. П,Н,Лебедева РАН по адресу: Москва, Ленинский проспект, 53.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФИАН.

Автореферат разослан_ 1997г.

Ученый секретарь Специализированного совета

доктор физико - математических наук В.Д.СКАРЖИНСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Микростриповая газовая камера (МСГК), предложенная А.Оэдом в 1988 г, [1] привлекает к себе в настоящее время большое внимание как перспективный трековый детектор ионизирующих излучений в таких областях, как физика высоких энергий, астрофизика и медицина. В физике высоких энергий МСГК рассматривается перспективной как основа трековых систем детекторов экспериментов на современных ускорителях со встречными пучками; поскольку, обладая пространственным разрешением, сравнимым с кремниевыми детекторами, МСГК значительно превосходит их в радиационной стойкости. В трековых системах Наибольший интерес представляет регистрация релятивистских заряженных частиц с минимальной ионизующей способностью.

Развитие методики микростриповых газовых детекторов тесно связано с Передовыми технологиями в электронике, благодаря которым в последнее время возможно как изготовление микростриповых пластин, являющихся основой детежтора так и многоканальной, быстродействующей, радиационно стойкой микромощной электрошпаг.

МСГК представляет собой детектор, рабочим веществом которого является газ, а чувствительный объем ограничен дрейфовым электродом и микростриловой плоскостью, представляющую собой поверхность специального электронного стекла, покрытого методом электронной" литографии периодической структурой анодов и катодов, с шагом от 200мкм до 1мм.

Регистрация сигналов, на электродах МСГК осуществляется сложной системой регистрации, основным элементом которой является интегральная схема предусшштеля, который размещается в непосредственно!! близости от микростриловой пластины. При этом шаг структуры микросхемы усилителя равен или меньше шага пластины.

Практически каждый шаг в технологической цепочке создания детектора проходит на специализированных электронных фирмах и имеет высокую стоимость.

В связи с этим для разработки и успешного изготовления трековых систем, предназначенных для современных экспериментов необходимо умение детально моделировать процессы проходящие при регистрации релятивистской заряженной частицы, которые состоят из процессов ионизации в тонком слое газа, дрейфа электронов ионизации в электрическом поле, газового усиления в области анода и регистрации выделенного заряда системой регистрации.

Изучение процессов ионизации, регистрации сигналов, принципов конструирования детекторов иа основе микростриповых газовых камер будет способствовать решению задачи их применения в физике высоких энергий, астрофизике, медицине.

Задачами диссертационной работы являлись: разработка методов моделирования сигналов релятивистских заряженных частиц в МСГК с учетом процессов переноса электронов ионизации во время дрейфа и процесса газового усиления, экспериментальное исследование характеристик МСГК. Данные моделирования использовались при разработке прототипа переднего протонного спектрометра на основе МСГК эксперимента Н1 в БЕ5У.

Научная новизна.

1. Развита упрощенная фотоабсорбционная ионизационная модель описывающая сечение ионизирующих столкновений релятивистской частицы.

2. Разработано программное обеспечение, позволяющее вычислять распределения ионизационных потерь в рабочих средах современных детекторов.

3. Предложено рекуррентное соотношение для быстрой оценки распределения ионизации в очень тонких слоях вещества.

4. Показано, что диффузия электронов ионизации во время дрейфа и процесса газового усиления является одним из основных факторов, влияющим па пространственное разрешение МСГК.

5. Разработана аппаратура для тестирования многоканальных систем на основе МСГК, проведено тестирование прототипа трекового детектора на основе МСГК. На основе МСГК разработан прототип переднего протонного спектрометра эксперимента Н1 ОЕБУ.

Практическое значение:

1.Предложено рекуррентное соотношение для расчета распределения ионизации в очень тонком слое вещества. Рассмотрена упрощенная фотоабсорбционная ионизационная модель для сечения ионизирующих столкновений релятивистской заряженной частицы и алгоритм сго'расчета.

2.Рассмотрено общее выражение для распределения ионизационных потерь энергии релятивистской частицы с учетом процессов переноса. Предложен метод расчета распределения электрических полей. Рассмотрена диффузия электронов ионизации во время их дрейфа и процесса газового усиления и ее влияние на пространственное разрешение МСГК. Приведены результаты моделирования сигналов релятивистских заряженных частиц в МСГК.

3. Проведено изучение рабочих параметров МСГК изготовленных на основе стекла 0-263 и предназначенных для применения в прототипе трекового детектора переднего протонного спектрометра. Предложен прототип трекового детектора для переднего протонного спектрометра установки Н1 в ДЕЗИ.

На зануиту выносятся следующие положения:

1.Развита упрощенная фотоабсорбционная ионизационная модель описывающая сечение ионизирующих столкновений релятивистской частицы.

2.Разработано программное обеспечение, позволяющее вычислять распределения ионизационных потерь в рабочих средах современных детекторов.

3.Предложено рекуррентное соотношение для быстрой оценки распределения ионизации в очень тонких слоях вещества.

4.Показано, что диффузия электронов ионизации во время дрейфа и процесса газового усиления является одним из основных факторов, влияющим на пространственное разрешение МСГК.

5. Разработана аппаратура и проведено тестирование прототипа трекового детектора на основе МСГК на пучке релятивистских электронов Т22 в ДЕЗИ. На основе МСГК разработан прототип переднего протонного спектрометра эксперимента Hl DESY.

Апробация работы.

Материалы, положенные в основу диссертации, докладывались на 1-м, 2-м и 3-м Международных совещаниях по микростриповым газовым камерам в Гренобле (Франция, 1993), Легнаро (Италия, 1994) и Лионе (Франция, 1995), соответственно. Часть результатов была получена в рамках международного сотрудничества RD-28 (Разработка МСГК для трековых детекторов при высоких за1рузках) и RD-44 (Объектно-ориентированный пакет для моделирования в физике высоких энергий) CERN , а также эксперимента Н1 в DESY.

Основные результаты диссертации опубликованы в ссылках (15, 17, 20-21,32,36,40) и обсуждались на семинарах в ФИАН, CERN, DESY, Институте им. М. Планка в Гейцельберге (Германия) и Университете им. Дж. Пердью (Индиана, США),

Публикации. По результатам диссертации опубликовано в виде статей, препринтов, докладов и тезисов 8 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель работы, кратко изложено содержание глав диссертации и приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе дана краткая характеристика существующих теоретических моделей, описывающих флуктуации ионизационных потерь энергии в гонких слоях вещества, их особенности и области применения.

Предложено рекуррентное соотношение для расчета распределения ионизации в очень тонком слое вещества. Рассмотрена упрощенная фотоабсорбционная ионизационная модель для сечения ионизирующих столкновений релятивистской заряженной частицы и алгоритм его расчета.

Рассмотрим ионизирующее излучение произвольной природы, проходящее вдоль оси х через слой вещества толщиной / . Пусть Р(х,со) плотность вероятности ионизирующих столкновений с передачей энергии со, которая имеет следующую нормировку

е Т tnax

[dx [<ЗюР(х,со) = 1 ;

О I,

где Ij - первый потенциал ионизации, а Т[Пах - максимальная разрешенная передача энергии, определяемая кинематикой ионизующего столкновения или условиями регистрации (геометрией детектора).

Ионизационные потери энергии Л есть случайная величина, равная сумме случайных передач энергии в отдельных ионизирующих столкновениях в рассматриваемом слое вещества. Поскольку ионизационные потери определяются суммой передач энергии в ионизирующих столкновениях, число которых пропорционально толщине вещества, с ростом толщины, детали спектра передач все менее проявляются в распределении ионизационных потерь. На этом чисто статистическом свойстве основаны многочисленные теоретические модели для оценки интеграла (4) и распределения (3). Для качественного анализа приближенных моделей распределения ионизационных потерь энергии толщину вещества удобно выразить в единицах энергии, введя согласно [3] следующий параметр,

5 =-—

ту2

где V - скорость частицы, а е и т заряд и масса электрона, соответственно. Тогда, например, модель Ландау справедлива в интервале

1001 <£< 0,0 1Т шах, где I - среднелогарифмический потенциал ионизации вещества. Распределение Вавилова [4] обобщает модель Ландау для более высоких значений I, и применимо для

1001 < § < Ттах

С ростом при с, >> Тюах распределение Вавилова переходит в распределение Бора [5], которое является гауссовым в полном соответствии с центральной предельной теоремой (ЦПТ) Ляпунова в теории вероятностей. Заметим, что условие применимости ЦПТ для флуктуации ионизационных потерь связано в основном с конечностью'величины Ттах. Действительно, поскольку при больших

передачах энергии со» I сечение йо/Ла ~ Ю 2 , т. е. носит резерфордовежий характер, конечность дисперсии 13 £ спектра передач энергии обеспечивается только конечностью интервала интегрирования:

Т шах »

* I ¿со

По этой причине модель Ландау (Тямх~х) формально не сходится к распределению Гаусса с ростом С,, а является устойчивой (т.е. свертка распределений Ландау для толщин % ¡я 2 снова дает распределения Ландау для суммарной толщины | + 4 г)> также как и распределение Коти, к которому она стремится при больших Д, где <р(А)~Д-2- •

Поправка Блунка-Лейзеганга [б] позволяет несколько расширить область применимости модели Ландау в области малых Е,:

50 I < ^ < 0.01 Tmax. Модель гармонического осциллятора (7] позволяет описывать флуктуации ионизационных потерь в диапазоне

10 I < £ < 0.01 Ттах, причем в области £,>001 она практически переходит в распределение Ландау. Модель атомных гармонических осцилляторов (АГО) [8], учитывающая эффекты атомных электронных оболочек, справедлива в более широком интервале

1<4 <0.01 т^,

и сходится к модели гармонического осциллятора при с > 101.

В области с <1 , что для инертных газов соответствует толщине < 2 см-атм, (поскольку £ /1 ~ 0,5 1-р (см-атм), где р - давление газа), необходимо ' развивать теоретические модели для сечения ионизирующих столкновений. Фотоабсорбционная ионизационная (ФАЙ) модель позволяет моделировать флуктуации ионизационных потерь при q > 0,11. При меньших толщинах, когда распределение ф(Д) ~ dtTj/do) при й = А, требуется разработка еще более точных моделей для сечения doj/do .

На рис'.1 область применения рассмотренных моделей показана в логарифмической шкале отношения Е, /1. Приведены и некоторые другие модели, которые однако применяются реже из-за сложности соответствующих вычислений.

В очень тонких слоях вещества (газы - 0.5 см-атм, твердые тела ~10мкм), когда число ионизирующих столкновений п~10, ионизацию (число элементарных зарядов, образованных ионизирующей частицей в веществе) можно считать дискретной величиной, в этом случае флуктуации ионизации можно, вычислить, исходя из рекуррентного соотношения, которое является общим свойством дискретных распределении Пуассона:

С '*та*_

С0= ехр -

^ к=1

(п+1) Сп+1= 2> + 1К„. Сп.к , п>0.

к=0

Полученное рекуррентное соотношение решает задачу о вероятности Сп выделения ровно п электрон-ионных пар в результате прохождения ионизирующий частицы слоя вещества толщиной /.

ю

мсгк 10° . Проп .камеры 10 ■ ПЗС матрицы

Юг-

Кремниевые детектор 103-

С'цинтилляторы 104_

105-е »Р,сы • атм

10"'

10° .

102

№ ,

104

ю5

I сд = д ФАИ модель —

Модель АГО Теория Толмона Модель Солощенко

поправка

Блунк-Лейаеганга

Теория Ландау Теория Вавилова Разложение Шумка Модель Биксела

Теория Бора —

-е-

■9-

Рис. 1. Области применимости различных

теоретических моделей, описывающих флуктуации ионизационных потерь энергии.

В рамках рассмотрения упрощенной фотоабсобционной модели показано, что сечение ионизирующих столкновений описывается следующий, удобной для практических вычислений формулой

о (о)

1п-

2ту2

е, - Р'е2 .

Гё(1-Р2Б*)

агс1ц(х) х > О аге(1-р2е')= • л/2 1-р2е,=0 л - аг^(х) х < О

принимающей особенно простой вид для газов, когда множитель |е(о)|3 перед фигурными скобками можно приравнять единице для всех а>11

Для практических расчетов удобно воспользоваться представлением сечения фотопоглощения в виде полинома по обратным степеням ш :

о» = 1>(1)со-\

к — 1

Точность расчетов но упрощенной ФАИ модели во многом зависит от надежности экспериментальных данных для сечения аг(ю) в области <з>11~ЮэВ.

Остановимся поэтому подробнее на параметризации сечения фотопоглощения в мягкой области спектра > ЮэВ для рада атомных элементов, входящих в состав рабочих сред современных детекторов.

Процедура подгонки коэффициентов а^ по экспериментальным и табличным данным осуществлялась методом наименьших квадратов. Для водорода, фтора, углерода, азота и кислорода производилось сравнение с данными, полученными в экспериментах с сшщгатрошшм излучением для молекулярных газов

N2, 02, С02, СН4 и CF4 в диапазоне длин волн 175-770 А (23, 24]. Для инертных газов производилось сравнение с экспериментальными данными.

Поправленные коэффициенты использовались для расчета

удельной первичной ионизации ni инертных газов под действием релятивистских заряженных частиц.

Упрощенная ФАИ модель с исправленными коэффициентами а(р обеспечивает достаточно надежное моделирование ионизационных эффектов в современных детекторах. Однако ионизация образуется и регистрируется в различных точках детектора. Процессы переноса ионизации от области рождения до точки регистрации, носящие статистический характер, оказывают заметное влияние на распределение сигналов детектора.

Вторая глава посвящена моделированию сигналов релятивистских заряженных частиц в МСГК. Рассмотрено общее выражение для распределения ионизационных потерь энергии релятивистской частицы с учетом процессов переноса. Обсуждается электростатика МСГК и метод расчета распределения электрических полей. Рассмотрена диффузия электронов ионизации во время их дрейфа и процесса газового усиления и ее влияние на пространственное разрешение МСГК. Приведены результаты моделирования сигналов релятивистских заряженных частиц в МСГК.

Пусть частица пересекает рабочую среду газового детектора толщиной Ь вдоль оси У (рис.2), испытывая в точках ук ионизирующие столкновения с передачами энергии шк. Чувствительная область детектора размером / расположена вдоль оси X, произвольно ориентированной относительно У.

О со, ^з Ш] ш

СЙп

Рис. 2. Схема переноса ионизации с трека релятивистской заряжен

частицы в чувствительную область детектора

Введем вероятность) (у,х,1)йх появления электрона ионизации, рожденного в точке х в начальный момент времени, в интервале (х, х+йх) сегмента I во время I. При фиксированной комбинации п ионизирующих столкновений в точках Ук с передачами энергии юк на сегменте / будет зарегистрирована потеря энергии

Когда пространственные флуктуации процессов переноса ионизации становятся сравнимы с размерами чувствительной области каналов регистрации детектора, наблюдаемое распределение ионизационных потерь претерпевает значительные изменения. Это характерно и для МСГК, где в газовом зазоре 3 мм среднеквадратичное отклонение из-за диффузии ~ 100 мкм при стандартном шаге анодных микрострипов, равном 200 мкм. В МСГК дрейф электронов ионизации происходит в переменном электрическом поле, пространственное распределение которого представляет самостоятельный интерес, поскольку область газового усиления находится в непосредственной близости к диэлектрической (или чаще полупроводящей) поверхности.

На рис. 3 показана стандартная схема МСГК. Электроны ионизации, образованные ионизирующим излучением в газовом зазоре, дрейфуют под действием электрического поля от дрейфового электрода в сторону диэлектрической полупроводящей высокоомной пластинки с нанесенной . методом фотолитографии системой чередующихся анодных и катодных микрострипов. Дрейфовое поле определяется в основном разностью потенциалов между дрейфовым электродом и катодными стрипами. В области газового усиления вблизи анодного стрипа поле зависит от напряжения, приложенного между анодными

а

0

с распределением

(¡><а> (Л,...у,,...о,) = 5 (Д-Дп).

и катодными стрипами, а также, если дрейфовое поле достаточно велико ( в области газового усиления) определяется его сгущением.

Таким образом в МСГК необходимо определять распределение электрического поля вблизи границы двух диэлектриков (газ -подложка) с конечными проводимостями.

Рис. 5 Схема микростриповой газовой камеры (МСГК) не в масшт;

Напряжения Ц^, иа и ис относятся к дрейфовому электр< анодным и катодным микрострипам, соответственно. Штрихо: линии выделяют область одного канала регистрации.

Расчет распределения электрического поля в МСГК основывался *на итерационном интегральном методе. Для сравнения результатов также использовался дифференциальный метод прямого решения уравнения Лапласа на сетках с переменным шагом . Для ускорения вычислений рассматривалась только область вблизи анода размером порядка шага структуры микрострипов, где происходит значительное измените электрического поля. В остальной части дрейфового зазора поле с достаточной точностью однородно.

Остановимся на некоторых результатах моделирования сигналов МСГК от релятивистских частиц и рентгеновского излучения, которые использовались для оптимизации прототипа переднего протонного спектрометра эксперимента Н1 в ОЕБУ. Прежде всего необходимо выбрать оптимальные напряжения ( и ис

когда анодные микрострипы заземлены (иа=0). На рис. 4 показаны зависимости коэффициента газового усиления от напряжения на катодных мцкросгрипых ис при двух значения потенциала на дрейфовом электроде ий= -1000 В и -2500 В. Видно, что увеличение потенциала на дрейфовом электроде позволяет несколько поднять коэффициент газового усиления при значительном роста скорости дрейфа а значит и быстродействия МСГК. Штриховая линия соответствует 90%-ой эффективности регистрации релятивистской частицы на плато Ферми (ру~104) при уровне шумов ~ 6000с. Выбор ис~ 700В, являясь безопасным с точки зрения пробоя (пробой наблюдался обычно при |Ис |>780 В), позволяет получить достаточно высокий коэффициент газового усиления >103 .

1000

I

и и

р)000

5 а

I

^2000 и к

СИ

а-э-

в

§1000

о

— 400 —500 —6 СО —700 -S0O -900

потенциал катода

Рис. 4 Зависимость коэффициента газового усиления от потенциала катодных микрострипов Uc при двух значениях потенциала дрейфового электрода Ud=-1000 и -2500В (Ua=0) в смеси Ar/DME= 50/50.

На рис. 5 показаны пороговые эффективности регистрации электронов с импульсом 4 ГэВ/с, равномерно падающих на МСГК в пределах одного (нулевого) канала. Нижние кривые отвечают пороговой эффективности соседних каналов (+1 или -1) вследствии диффузии электронов ионизации из нулевого канала. Установка порога около 6000е", что обычно превышает собственный шум МСГК, позволяет при высокой эффективности регистрации (~98 %) снизить вклад соседних каналов до уровня < 20 %.

порог регистрации в е

Рис. 5 Результаты моделирования пороговых эффективное!

регистрации электронов с импульсом 4 ГэВ/с равномер распределенных в пределах нулевого канала (верхние кривы Нижние кривые отвечают эффективности соседних каналов ( или -1).

В третьей главе описан прототип переднего протонного спектрометра на основе МСГК для эксперимента Н1 в ОГЙУ, описаны результаты тестирования МСГК на тестовом пучке релятивистских электронов Т22 в ДЕЗИ.

В эксперименте HI, проводящемся на е'-р коллайдере ГЕРА в ДЕЗИ, начиная с 1995 года проводится изучение реакций глубоко неупругого рассеяния высоко энергичных протонов и процессов фото рождения, эти реакции характеризуются очень малыми углами рассеянных протонов, под которыми они покидают основной детектор HI.

Для регистрации протонов, отклоненных на малые углы от оси протонного пучка используется так называемая техника «Roman Pot» (римский горшок), в эксперименте HI набор таких детекторов носит название «передний протонный спектрометр» (The Forward Proton Spectrometer, сокращенно FPS) (рис.6).

1 - механичесьпя система для передвижения детектора

2 - ко!тгейнер с алектронникойг

3 - механическая система для ввода герметичного контейнера в зону пучка

4 - световоды

5 - детектор

6 - герметичный контейнер для установки детектора

Рис.6 Разрез экспериментальной установки «римский горшок»

переднего протонного спектрометра Н1. Применение МГСК в качестве трекового детектора для «переднего .протонного спектрометра» должно удовлетворять

следующим требованиям, полученным в результате расчетов и эксплуатации вышеописанной системы.

1. Пространственное разрешение не хуже 100 мкм при высокой эффективности регистрации для каждой плоскости > 95%.

2. Чувствительные области детекторов:

- для вертикальных станций 60 х 34 мм2, -для горизонтальных станций 24 х 12 мм2,

3.Нечувствительная зона детекторов - минимально возможная удаленность от профиля пучка,

4. Максимальные углы входа протонов в плоскость детектора менее 20 мрад,

5. Микростриповые пластинки должны выдерживать уровень поглощенной радиационной дозы до ЮОкРад/год при максимальной интенсивности потока до 100 мм"2с_1.

Исходя из требуемых чувствительных областей трековых детекторов и ограничительных размеров подвижного герметичного контейнера предлагается конструкция детектора для римского горшка, расположенного в позиции 2=90м. Для остальных позиций конструкции детекторов имеют схожую структуру, однако могут иметь отличая, п связи с различной пространственной локализацией событий.

Чувствительная область микрострипового газового детектора соответствует чувствительной области применяемого в настоящее время сцинтилляциошюго детектора. Пластина имеет структуру, которая исследовалась во время тестов на тестовом пучке релятивистски электронов Т22 в ДЕЗИ в 1995г. и 1996г. - шаг структуры - 200мкм, толщина анодов - 9мкм, толщина катодов -90мкм.

Внутри подвижного герметичного контейнера располагается общий для всех МСГК газовый объем, в котором на общем основании крепятся шесть МСКГ (рис.7). Две крайние микростриповые камеры имеют шаг структуры 1мм и предназначены

для выработки триггера пролета прогона через детектор. Стрипы этих камер ориентированы перпендикулярно оси пучка (У ориентация). Структуры остальных четырех МСГК функционально выполненные как две пары детекторов имеют различную ориентацию - X, У, и, V таким образом, что стрипы плоскостей II и V развернуты под углом 45° относительно плоскостей X и У. Плоскость X имеет 300 анодов, У - 210 анодов, и и V соответственно по 370 анодов.

Задачей измерений на тестовом пучке Т22 ДЕЗИ была калибровка прототипа МСГК, на основе которого может быть в дальнейшем выполнена разработка трекового детектора для переднего протонного " спектрометра установки Н1. Отличительной особенностью исследуемых МСГК от применявшихся в предыдущих вариантах детекторов, исследовавшихся в ФИАНе было применение микростриповых пластин, изготовленных на основе электронного стекла 1)263 и покрытых сверху слоем проводящего стекла, на который методом электронной литографии наносится маска стрипов анодов и катодов.

X - плоскость, шаг 1мм

Рис.7

\0,3 мм стенка герметичного контейнера 'Римского горшка* _

Расположение МСГК в общем газовом объеме в

подвижном герметичном контейнере «римского горшка»

Был разработан комплекс аппаратного и программного обеспечения,- позволяющий провести тестировать прототипа при облучении его радиоактивными источниками 55Fe и 106Ru и релятивистскими электронами на тестовом пучке Т22 в ДЕЗИ.

Резкое увеличите шумов камеры, которые включали в себя шумы предусилителя и электромагнитные наводки, характерные для условий работы соответствуют ~6000 электронов. Для оценки коэффициента газового усиления были проведены спектрометрические измерения для газовой смеси Ar/DME -(50/50)% с радиоактивным источником рентгеновских гамма -квантов 53Fe и с радиоактивным источником релятивистских электронов 1.06Ru. Были получены спектры ионизационных потерь при регистрации сигнала единичным анодом МСГК для различных комбинаций напряжений на аноде и дрейфовом электроде камеры при заземлеШюм аноде. Так как динамический диапазон входного усилительного тракта не превышает эквивалентного входного заряда в 30000 электронов то измерения с потенциалом катода до -550В (коэффициент газового усиления менее 200) проводились с радиоактивным источником гамма-квантов 55Fe, а в диапазоне от -550 до -700 с радиоактивным источником релятивистских электронов 106Ru (коэффициент газового усиления -750 при потенциале дрейфового электрода 2000В).

Такие измерения дают возможность оценить уровень отклика МСГК на пролет через чувствительный объем детектора заряженной частицы с . минимальной ионизационной способностью, т.е. определить соотношение сигнал/шум и положение порогов, необходимых для трековых измерений. Кроме того, сравнивая спектры отклика от электронов радиоактивного источника и тестового пучка, мы получаем информацию о наводках существенных вблизи работающего ускорителя, а соответственно и изменения соотношения сигнал/шум.

Следует отметить важность проведения одновременных трековых и ' спектрометрических измерений на этапе отработки

прототипа МСГК для оптимального определения порогов при максимальной эффективности трековой системы.

Тестируемые пластины показали себя работоспособными, уровень шумов и коеффициент газового усиления дат хорошее согласование как с расчетом, так и с результатами полученными другими авторами.

13 заключении сформулированы основные результаты диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Предложено рекуррентное соотношение для расчета распределения ионизации в очень тонком слое вещества. Рассмотрена упрощенная фотоабсорбнионная ионизационная модель для сечения ионизирующих столкновений релятивистской заряженной частицы и алгоритм его расчета.

2. Рассмотрено общее выражение для распределения ионизационных потерь энергии релятивистской частицы с учетом процессов переноса. Рассмотрена диффузия электронов ионизации во время их дрейфа и процесса газового усиления и ее влияние на пространственное разрешение МСГК.

3. Разработано программное обеспечение, позволяющее вычислять распределения ионизационных потерь в рабочих средах современных детекторов. Произведено моделирования электростатических полей в МСГК, сигналов релятивистских заряженных частиц в МСГК.

4. Показано, 'что диффузия электронов ионизации во время дрейфа и процесса газового усиления является одним из основных факторов, влияющим на пространственное разрешение МСГК, произведено моделирование характеристик МСГК.

5. Проведено тестирование МСГК, разработанная и изготовленная в ФИАНе микростриповая пластана на основе стекла Б263 может быть использована в качестве основы для прототипа

трекового детектора для переднего протонного спектрометра эксперимента HI. На основе МСГК разработан прототип переднего протонного спектрометра эксперимента HI DESY.

Основные результаты диссертации были опубликованы в следующих работах:

1.V.M. Grishin, А.Р. Kostin, S.K. Kotelnikov et.al Ionization fluctuations in very thin absorbers Nucl lust, and Meth., A352 (1995) 659660

2.B.M. Гришин, AJI. Костин, C.K. Котельников и др.. Распределение ионизационных потерь энергии в модели атомных оболочечных гармонических осцилляторов, Краткие сообщения по физике ФИАН №3-4 (1994)

3.В.М.* Гришин, А.П. Костин, С.К. Котельников и др., Расчет сечения ионизирующих столкновений в фотоабсорбционной ионизационной модели, Краткие сообщения по физ. ФИАН, №5-6 (1994) 51-55

4.В.М. Гришин, А.П. Костин, С.К. Котельников и др., Параметризация сечения фотопоглощения в мягкой области спектра, Краткие сообщения по физ. ФИАН, №5-6 (1994) 45-50

5.В.М.Гришин, А.П.Костин, Д.Г.Стреблеченко, Расчет электрических полей в микростриповых газовых камерах, Краткие сообщения по физ. ФИАН, №7-8 (1993) 43-47

6. A.V. IJagulya, V.M. Grishin, А.Р. Kostin et al., On fluctuations of signals produced by relativistic charged particles in diamond detectors, Nucl. Instr. and Meth., A374 (1996) 278-280

7.V.M.Grishin, A.P.Kostin, S.K.Kotelnikov, et al., Monte-Karlo Simulation of a Micro-Strip Gas Chamber, Preprint FLAN N29, 1997

8.А.В.Багуля, В.М.Гришин, А.П.Костин, С.К.Котельников, Б.ВЛомоносов, М.А.Негодасв, С.В.Русаков Прототип трекового детектора на основе микростриповой газовой камеры для переднего протонного с'пектрометра в эксперименте HI, препринт ФИАН № 54 1997г.