Система многопроволочных пропорциональных камер и ее применение в экспериментальной установке "Лептон-Ф" для исследования редких эксклюзивных процессов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ВЕШНИЕ.

Глава I. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

ЛЕПТОН-Ф"

1.1. Состав и основные характеристики аппаратуры.

1.2. Система автоматизации установки иЛептон-Ф".

Глава П. СИСТЕМ МНОГОПРОВОЛОЧНЫХ ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫХ КАМЕР

УСТАНОВКИ "ЛЕПТОН-Ф"

2.1. Общее описание системы пропорциональных камер.

2.2. Конструкция и технология изготовления пропорциональных камер.

2.3. Расчеты устойчивости элементов конструкции пропорциональных камер

2.4. Системы обеспечения работы и основные характеристики пропорциональных камер.

Глава Ш. ГЕКСАГОНАЛЬНЫЕ МНОГОПРОВОЛОЧНЫЕ ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ

КАМЕРЫ.

3.1. Метод улучшения характеристик многопроволочных пропорциональных камер.

3.2. Конструкция и технология изготовления гексагональных многопроволочных пропорциональных камер

3.3. Стендовые испытания характеристик гексагональных многопроволочных пропорциональных камер.

3.4. Прецизионные многопроволочные пропорциональные камеры:.

Глава 1У. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ МНОГОПРОВОЛОЧНЫХ ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫХ КАМЕР И ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТАНОВКИ "ЛЕПТОН-Ф" В ПУЧКАХ ЧАСТИЦ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ.

4.1. Настройка и характеристики системы пропорциональных камер.

4.2. Общие характеристики установки "Лептон-Ф".

4.3. Результаты первых физических экспериментов, выполненных на установке "Лептон-Ф"

В 1981 - 1983 г.г. на Серпуховском ускорителе был выполнен цикл экспериментов по поискам новых мезонных состояний, а также поискам и изучению редких каналов распада легких мезонов. Для проведения этих исследовании в ИФВЭ была создана экспериментальная установка "Лептон-Ф" ^, позволяющая эффективно регистрировать процессы с одновременным испусканием заряженных адронов и ^ -квантов. В качестве источника мезонов выбирались квазидвухчастичные эксклюзивные реакции типа у- р м° + п (< К If обеспечивающие благоприятные фоновые условия для поисков и изучения редких процессов.

Основные трудности, препятствующие выделению этих распадов обусловлены их очень малой ожидаемой вероятностью, относительно сложной кинематикой распадов, необходимостью одновременной регистрации всех вторичных частиц, как заряженных так и нейтральных для надежной идентификации исследуемых процессов при высокой интенсивности пучка первичных частиц. Проведение таких исследований стало возможным при создании и применении в установке "Лептон--Ф" новой современной физической аппаратуры, основанной на сочетании широкоапертурного магнитного спектрометра и идентификатора заряженных адронов с многоканальным годоскопическим % -спектрометром полного поглощения типа ГАМС В качестве трекового детектора в установке применялась большая система многопроволочных пропорциональных камер.

Пропорциональные каглеры (ПК) ^ широко используются в экспериментальной физике высоких энергий и составляют основу современных электронных методов регистрации заряженных частиц, позволяя полностью автоматизировать процесс накопления и обработки данных. К достоинствам пропорциональных камер относятся: высокое временное разрешение - обычно эта величина составляет 2050 не в зависимости от шага анодных проволок и состава газовой смеси; высокая точность локализации треков заряженных частиц -&—Д/3 у где - шаг анодных проволок; непрерывное действие каждой анодной проволоки, как независимого пропорционального /4/ счетчика ' ' и хорошее многотрековое разрешение; малое мертвое время и высокая загрузоустойчивость - ПК способны эффективно регистрировать заряженные частицы при их плотности > Ю^/мм^-сек^/ возмолшость работы в сильных магнитных полях ^ и измерения ионизационных потерь для идентификации частиц высоких энергий /^Л

Установка "Лептон-Ф", созданная для исследования редких электромагнитных распадов резонансных мезонных состояний соответствовала требованиям современного физического эксперимента на ускорителях частиц высоких энергий. Особенностью новой установки по сравнению с прежними модификациями являлось использование 3 большой системы многопроволочных пропорциональных камер (4,5*10 информационных каналов) в качестве трекового детектора в магнитном спектрометре и системы автоматизации сбора и обработки информации на основе двухмашинного комплекса ЭВМ(ЕС-1010—EC-I040), работающего в линию с установкой и способного принимать большие потоки информации («-200 событий за цикл ускорителя при длине события 104 бит) с небольшим мертвым временем (г 700 мкс) Применение системы многопроволочных пропорциональных камер (в прежних модификациях установки "Лептон" использовались в основном искровые проволочные камеры) позволило увеличить инс тенсивность пучка частиц до 5»10/цикл и тем самым повысить скорость набора статистики. Высокое временное разрешение пропорциональных камер обеспечивало высокое качество принимаемой информации (минимальное количество лишних треков).

В установке "Лептон-Ф" впервые в практике физического эксперимента применялись новые трековые детекторы - гексагональные многопроволочные пропорциональные камеры (ГПК) ^^ с улучшенными пространственно-временными характеристиками: координатная точность + 0,15 мм, временное разрешение 25 не при шаге анодных проволок I мм Результаты испытаний подтвердили высокие детектирующие характеристики ГПК.

Первые физические результаты, полученные на установке "Лептон-Ф" были связаны с наблюдением структуры С (1430) в спектре масс <рх° -системы исследованием процессов образования

1285) и Е(1420) -мезонов в реакциях перезарядки и /<~ -мезонов с импульсом 32,5 ГэВ/с ^^ и исследованием распада ^ (1285) и свойств с? (980)-мезона Они показали, что установка

Лептон-Ф" позволяет надежно выделять редкие процессы с достаточно сложной кинематикой.

Настоящая диссертация посвящена детальному описанию экспериментальной установки "Лептон-Ф" и прежде всего вопросов, связанных с созданием, запуском и исследованием системы многопроволочных пропорциональных камер, измерением характеристик ПК на стенде и в пучках частиц высокой интенсивности. Рассмотрена методика проведения экспериментов на установке "Лептон-Ф" и первые физические результаты, полученные на этой установке.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе дано общее описание комбинированного спектрометра заряженных адронов и $ -квантов и характеристики его основных элементов (I.I). Рассмотрена система автоматического сбора и обработки информации и возможности контроля в линию всей аппаратуры установки "Лептон-Ф" (1.2).

Основные результаты диссертации:

1. Предложен метод улучшения пространственно-временных характеристик многопроволочных пропорциональных камер. Разработана конструкция и технология изготовления новых трековых детекторов - гексагональных многопроволочных пропорциональных камер (ШК). Исследованы основные характеристики ГПК с различной геометрией ячейки, длиной и шагом анодных проволок на стенде.

2. Разработана конструкция и технология изготовления многопроволочных пропорциональных камер (Ж) с максимальной площадью р электродов до 2x1 м . Проведены стендовые испытания всех вновь изготовленных камер, в процессе которых исследованы и систематизированы основные характеристики пропорциональных камер с различной площадью электродов.

3. Создана система многопроволочных пропорциональных камер о

4,5*10 информационных проволок, 31 однокоординатный модуль) для проведения физических исследований в пучках частиц с высокой интенсивностью. Разработана методика настройки и контроля системы пропорциональных камер в условиях длительного эксперимента на ускорителе. Определены основные характеристики системы ПК и исследованы причины образования неэффективности камер при высокой интенсивности пучка частиц (до 5-10 /цикл).

4. Созданы и впервые в практике физического эксперимента применены гексагональные многопроволочные пропорциональные камеры со следующими пространственно-временными характеристиками: координатная точность + 0,15 мм, временное разрешение - 25 не.

5. С участием диссертанта создана экспериментальная установка "Лептон-Ф", предназначенная для исследования редких процессов образования и распада мезонных состояний. Установка функционироб вала в пучках частиц с интенсивностью до 5*10 X /цикл и представляла собой сочетание широкоапертурного магнитного спектрометра и идентификатора заряженных адронов с многоканальным годоско-пическим j -спектрометром для регистрации и измерения энергии $ -квантов. В качестве трековых детекторов в установке применялась большая система многопроволочных пропорциональных камер. Установка позволяла производить полное восстановление сложной кинематики распадов исследуемых состояний на заряженные и нейтральные частицы.

6. С участием диссертанта на установке "Лептон-Ф" проведен цикл измерений, за время которых через мишень установки был про

ТТ — тп — пущен эффективным поток частиц: 7*10 ЗГ -мезонов и 10 К п

-мезонов и зарегистрировано 35*10 триггерных и калибровочных сигналов. В процессе измерений отмечена высокая стабильность и надежность созданной экспериментальной аппаратуры.

7. При анализе полученной информации измерены основные характеристики установки и получены первые физические результаты, связанные с исследованием свойств D (1285)- и Е (1420)-мезонов, изучением распада В (1285) и свойствами § (980)-мезо-на, поисками новых мезонных состояний. Эти результаты иллюстрируют возможности установки "Лептон-Ф" для выделения редких и сложных процессов.

Диссертация основана на работах, выполненных автором в Институте физики высоких энергий совместно с Битюковым С.И., Бушниным Ю.Б., Вишневским Н.К., Головкиным С.В., Грицуком М.В., Дорофеевым В.А., Джелядиным Р.И., Дунайцевым А.Ф., Ермолиным Ю.В., Зайцевым A.M., Зелепукиным С.А., Куликом А.В., Коноплянниковым А.К. Константиновым А.С., Качановым В.А., Константиновым В.Ф., Куба-ровским В.П., Кулявцевым А.И., Куршецовым В.Ф., Какауридзе Д.Б., Ландсбергом Л.Г., Лапиным В.В., Леоненко Д.А., Мухиным В.А., Новожиловым Ю.Б., Образцовым В.Ф., Петровым B.C., Рыбаковым В.Г., Сенько В.А., Склезневым А.В., Соляником В.И., Сытиным А.Н., которым я благодарен.

Я также благодарен сотрудникам Отдела экспериментальной физики, Отдела электроники и автоматики, экспериментального производства и управления ИФВЭ, с которыми мне по характеру деятельности приходилось решать проблемы, связанные с созданием системы пропорциональных камер для установок "Лептон-Г", "Лептон-Ф", СФИНКС и организацией производства в ИФВЭ многопроволочных пропорциональных камер.

Я благодарен своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Леониду Григорьевичу Ландсбергу за научное руководство и совместную многолетнюю работу.

Я благодарен руководству Отдела экспериментальной физики и дирекции Института физики высоких энергий за поддержку в работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Битюков С.И. и др. - Препринт ИФВЭ 84-216, Серпухов, 1984.

2. Аковджанов Г.А. и др. Препринт ИФВЭ 76-110, Серпухов, 1976; Давыдов В.А. и др. - Препринт ИФВЭ 76-155, Серпухов, 1976.

3. Charpak G. et al. Nucl. Instr. Meth., 62, 235, 1968.

4. Rutherford E. and Geiger H., Proc. Roy. Soc. A 81, 141, 1908.

5. Sadoulet B. and Makowski В., Space charge effects in multiwire proportional counters, CERE D PH 11/PHYS 73-3, 1973.

6. Pallsdino V. and Sadoulet В., Fuel. Instr. Meth. 128, 323,1975

7. Kleiuknecht K., Phys. Reports, v. 84, n 2, p.130-134, 1982.

8. Ермолин Ю.В. и др. Препринт ИФВЭ 84-25, Серпухов, 1984.

9. Бушнин Ю.Б. и др. Препринт ИФВЭ 76-123, Серпухов, 1976.

10. Бушнин Ю.Б. и др. Препринт ИФВЭ 80-57, Серпухов, 1980.

11. Викторов В.А. и др. Международное совещание по пропорциональным и дрейфовым камерам, Д13-П807, Дубна, 1978; Препринт ИФВЭ 78-89, Серпухов, 1978.

12. Викторов В.А., Еуршецов В.Ф. Препринт ИФВЭ 82-7, Серпужш, 1982.

13. Битюков С.И. и др. Препринт ИФВЭ 83-109, Серпухов, 1983; ЯФ, 1983, 38, с.1205.

14. Битюков С.И. и др. Препринт ИФВЭ 83-203, Серпухов, 1983; ЯФ, 1984, 39, с.1165.

15. Битюков С.И. и др. Препринт ИФВЭ 83-201, Серпухов, 1983; Письма ЖЭЗ®, 1984, 39, с.96.

16. Binon P., et al Preprint IHEP 80-141, Serpukhov, 1980, Nucl. Instr. Meth., 18§> p.1263, 1981.

17. Бушнин Ю.Б. и др. Прецринт ИФВЭ 72-48, Серпухов, 1972; ПТЭ, 2, 83 (1973); ПТЭ, 4, 140 (1973).

18. Бушнин Ю.Б. и др. Препринт ИФВЭ 74-124, Серпухов, 1974.

19. Бушнин Ю.Б. и др. - Препринт ИФВЭ 79-37, Серпухов, 1979.

20. Бушнин Ю.Б. и др. Препринт ИФВЭ 74-123, Серпухов, 1974.

21. Антипов Ю.М. и др. Препринт ИФВЭ 77-85, Серпухов, 1977.

22. Зелепуташ С.А. и др. Препринт ИФВЭ 77-82, Серпухов, 1977.

23. Ермолин Ю.В. и др. Препринт ИФВЭ 83-8, Серпухов, 1983.

24. Викторов В.А., Головкин С.В. Препринт ИФВЭ 80-7, Серпухов, 1980.

25. Головкин С.В., Константинов А.С. Препринт ИФВЭ 79-82, Серпухов, 1979.

26. Тимошенко С.П. Статические и динамические проблемы теории упругости, изд. "Наукова думка", с.15-17, 509-511, Киев, 1975.

27. Michelin'i- Р«, and: 2апкеТ, /-А 'first, design Btuciy of a large area proportional counter, CERN Internal;Note OM/SPS/75/5, 1975.

28. Erskine G.A., Nucl. Instr. Meth. 105, 565, 1972

29. Trippe T., Minimum tension reguirements for Charpak chambers wires, CERN NP Internal Report 69-18, 1969.

30. Кренделев В.А. и др. Прецринт ИФВЭ 80-100, Серпухов, 1980.

31. Sauli P., Preprint СЕШ 77-09. Geneva, 1977.

32. Дамаскинский Е.А., Крившич А.Г. Прецринт ЛШФ, 223, Ленинград, 1976.

33. Modis Т. Fuel. Instr. Meth., 176, 129-132, 1980.

34. Korff S#AV',^Electrons andlrjiuclear counters,ITew: York, 1946

35. Gray R.J. Fuel. Instr. Meth., 176, 133-135, 1980.

36. Бушнин Ю.Б. и др. Препринт ИТЭФ-138, Москва, 1976.

37. Alpgard К. et al. Phys. Lett., 1982, 1J5, 71.

38. Alpgard К. et al. Phys. Lett., 1982, 115, 65.

39. Барабаш Л.С. и др. Препринт ОИЯИ Р9-82-724, Дубна, 1982.

40. Charpak G., Sauli P. and Duinker W., Nucl. Instr. Meth., 108, 413, 1973.

41. Hammerstrom R., Runolfsson 0. and Uldry M., Nucl. Instr. Meth., 176, 181-187, 1980.

42. Schneider P., СЕШ-ЕР Internal Report 78-2, 1978.

43. Волкова Л.А. и др. Препринт ИФВЭ '76-81, Серпухов, 1976.

44. Sadoulet В. and Makowski В., Space charge effects in multiwire proportional counters, CERN D PH 11/PHYS 73-3, 1973.

45. Close P.E., Lipkin H.J. Phys. Rev. Lett., 1978, 41, 1263.

46. Barinov N.U. et al. YaPh, 1979, 29, 1357.

47. Образцов В.Ф. Автореферат 84-112, Серпухов, 1984.

48. Ачасов Н.Н., Днвянин С.А., Шестаков Г.Н. Препринт Института математики СО АН СССР ЗФ-121, Новосибирск, 1981; Phys. Lett., 1981, 102В, р. 196.