Сцинтилляционный и ионизационный процессы в ксеноне и в его смесях с метаном как в рабочем веществе время-проекционных камер тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

ПУШКИН Кирилл Николаевич

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ И ИОНИЗАЦИОННЫЙ ПРОЦЕССЫ В КСЕНОНЕ И В ЕГО СМЕСЯХ С МЕТАНОМ КАК В РАБОЧЕМ ВЕЩЕСТВЕ ВРЕМЯ-ПРОЕКЦИОННЫХ

КАМЕР

01 04 01 - приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2007 г

ООЗОТ1708

003071708

Работа выполнена в Московское инженерно-физическом институте (государственном университете), в ФГУП ГНЦ РФ Институте Теоретической и Экспериментальной Физики и университете Васеда (Токио, Япония)

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Улин Сергей Евгеньевич

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук Трушкин Николай Иванович,

Ведущая организация

ФГУ РНЦ "Курчатовский институт"

Защита состоится "29" мая 2007 г в часов на заседании диссертационного совета Д212 130 07 в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу 115409, Москва, Каширское шоссе, д31, тел 324-84-98, 323-92-56

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации

Автореферат разослан ¡¿V апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совега,

(ГНЦ РФ "ТРИНИТИ") кандидат физико-математических паук Атражев Владимир Михайлович,

(ОИВТ РАН)

д ф -м п , профессор

Дмитренко В В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований Сцинтилляционные процессы в инертных газах изучаются несколько десятков лет Достаточно хорошо изучены сцинтилляционные процессы как в чистом ксеноне, так и в ксеноне с добавками инертных газов (аргон, гелий и тд) [1-5] В последнее время уделяется большое внимание исследованиям сцинтилляционных и ионизационных процессов в смесях ксенона в связи с созданием современных газообразных время-проекционных детекторов для изучения безнейтринного двойного бета распада, поиска темной материи В настоящее время является актуальным создание время-проекционнш о детектора высокого давления для изучения минераллогического состава планет Выбор рабочего вещества дчя таких типов детектора определяет большую роль их использования Ксенон, как рабочее вещество детектора, обладает высоким сцинтилляционным выходом по сравнению с другими наиболее часто использующимися бтагородными газами (аргон и криптон) и коротким временем высвечивания Следующими основными параметрами, определяющими критерии выбора ксенона в качестве рабочего вещества время-проекционного детектора является вероятность взаимодействия гамма-излучения с веществом, заряд аюмного ядра 2 Известно, что сечение взаимодействия I амма-квантов с атомами сильно зависит от заряда ядра фотоэффект '5, комптон-эффект процесс образования пар С этой точки зрения Хе (2=54) является одним из наиболее эффективных поглотителей гамма-излучения Кроме заряда ядра, важнейшей характеристикой детектирующей среды является ее плотность Бтагодаря высокой сжимаемости, газообразный ксенон имеет значительную плотность при относительно невысоком давтении (] г/см3 при 70 атм) Все эги параметры являются важнейшими доводами в пользу выбора ксенона в качестве рабочего вещества время-проекционного детектора дтя регистрации гамма-квантов с энергиями 1-30 МэВ Такой тип детектора позволит одновременно и с хорошей точность опредетить место конверсии гамма-кванта и его энергию Сцинтилляция в ксеноне от комптон-электрона служит для выработки стартового сигнала, позвотяющею по времени дрейфа ионизационных электронов восстановить 2-координату точки взаимодействия гамма-кванта с веществом в объеме детектора Ксенон характеризуется низкой скоростью дрейфа «горячих» электронов, что приводит к значитетьному размытию электронного облака вследствие диффузии во время его движения к электроду-аноду Добавки молекутярных газов (Н2, N2, СН4) значительно увеличивают скорости дрейфа этектронов Среди мотекулярных газов широко применяется водород Н2 в качестве ускоряющей добавки электронов в ксеноне Одним из преимуществ водорода является его легкий метод очистки о г различного рода примесей, в том чисте и этектроотрицательных (02, Б2\ и тд) Известно, что скорости дрейфа электронов в смесях Хе-СН4ботыпе чем в смесях Хе-Н2 В настоящее время сцинтилляционные и ионизационные процессы в смесях Хе-СН4 малоизучены Поэтому, в целом данная диссертационная работа, посвященная изучению скоростей дрейфа электронов, сцинтилляциошюго и ионизационного процессов в смесях Хе-СН4 в широком диапазоне концентраций примеси СН4 в зависимое!!! ог параметра ЕЛ\-отношения напряженности электрического поля к количеств} атомов, является актуальной для улучшения временных и координатных свойств время-проекционных детекторов

Цель работы, целью исследования является изучение влияния примеси метана в ксеноне как рабочего вещества время-проекционной камеры на скорости дрейфа электронов, ионизационные и сцинтилляционные процессы, в зависимости от параметра Е/К1, при давлениях 21 и 26 атм

Научная новизна работы заключается в следующем

1 Впервые проведены исследования сцинтилляционного и ионизационного выходов в смесях ксенона высокого давления с метаном с помощью ионизационной камеры с перемещающимся кагодом Устройство камеры позволяет поддерживать постоянную напряженность электрического поля на разных расстояниях от катода до анода и дает возможность контролировать чистоту исследуемого газа в процессе проведения эксперимента, чтобы объяснить влияние примесей на поведение сцинтилляционного и ионизационного выходов

2 Впервые измерен сцинтилляционныи выход в смесях ксенона с добавлением О 05%, 0 2%, 0 4%, 0 6%, 1%, 2% метана в зависимости от параметра Е/Ы

3 Впервые измерен ионизационный выход в смесях ксенона с добавлением 0 05%, 0 2%, 0 4%, 0 6%, 1%, 5% и 10% метана в зависимости от параметра Е/И

4 Впервые измерены скорости дрейфа этектронов в ксеноне с добавчением 0 05%, 0 2%, 0 4%, 0 6%, 1%, 10% метана в зависимости от параметра Е/Ы

5 Впервые измерены времена сцинтилляционного высвечивания медленной компоненты в ксеноне с добавлением 0 05% метана в зависимости от параметра Е/Ы, при дав пении 21 атм

6 Впервые метод подобия был применен к экспериментальным результатам по измерениям ионизационных выходов в смеси Хе-СН4 для различных концентраций примеси СН4 Правило подобия позволяет объеденить имеющиеся экспериментальные данные, полученные при различных значениях концентрации метана

Научная и практическая ценность работы Результаты этой работы по изучению скоростей дрейфа электронов, сцинтилляционного и ионизационного выходов в смесях Хе-СН4 в щироком диапазоне концентрации примеси метана могут быть использованы для выбора оптимального состава Хе-СП4 газовой смеси с целью достижения наилучших рабочих характеристик (высоких скоростей дрейфа электронов, весь собранный электронный заряд, оптимальный сцинтилляционныи выход) время-проекционных детекторов, где сцинтилляционныи свет исполняет роль триггера На основе данных экспериментальных результатов может быть сделана оценка временных и координатных характеристик время-проекционного детектора

Вклад автора Все оборудование для проведения экспериментальных измерений было создано лично автором или при его непосредственном участии Основные результаты этой работы были получены лично автором

На защиту автор выносит следующие положения-

1 Установку, состоящую из ионизационной камеры с кварцевым окном (КУ-1) и с перемещающимся катодом для измерения сцинтилчяционного и ионизационного выходов на различных расстояниях между катодом и анодом, включая вакуумно-газовую систему для очистки метана и приготовления смесей ксенона с метаном

2 Установку, состоящую из ионизационной камеры с MgP-2-окном для измерения

сцинтилляционных и ионизационных выходов, включая вакуумно-газовую систему для очистки метана и приготовления смесей Хе-СН4

3 Зависимость сцинтилляционных выходов в смесях ксенона в широком диапазоне концентраций примеси метана (0 05%, 0 2%, 0 4%, 0 6%, 1%, 2%) от параметра E/N

4 Зависимость ионизационных выходов в смесях ксенона в широком диапазоне концентраций примеси метана (0 05%, 0 2%, 0 4%, 0 6%, 1%, 5% и 10%) от параметра E/N

5 Зависимость скоростей дрейфа электронов в смесяч ксенона с добавлением примеси СН4 в широком диапазоне концентраций (0 05% 0 2%, 0 4%, 0 6%, 1%, 10%) от параметра E/N

6 Зависимость времен сцинтилляционного высвечивания в смеси ксенона с добавлением 0 05% СН4 от параметра E/N, при давлении 21 атм

7 Применение метода подобия к экспериментальным результатам по измерению ионизационных выходов в смесях Хе-СН4 в широком диапазоне концентраций примеси СН4 Метод подобия позволяет предсказывать все ионизационные выходы Д1я различных концентраций примеси метана

Апробация работы Основные результаты работы быта представлены на

научных семинарах и международных симпозиумах

1 Scientific conference, September 2004, Sendai, Japan

2 IEEE Nuclear Science Symposium, October 16 2004, Rome, Italy,

3 19'h Workshop on Radiation Detectors and Their Uses, KEK 1 sukuba, Eebruary 2005,

4 2nd International Woikshop on Applications of Rare Gas Xenon to Science and lechnolog), XeSA Г2005, Waseda University Japan, March 8-10, 2005

5 IEEE Nuclear Science Symposium, October 29 2006 San-Diego USA

6 На\чная конференция МИФИ-2007

Публикации По материалам диссертации оп>бликовано 8 печатных научных

работ

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти i пав

и заключения Общии объем диссертации составляет 121 страница, вкшочая 48

рисчнков и 3 табчицы Список литературы содержит 85 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе обосновывается актуальность темы исследований Кратко рассмотрены процессы образования сцинтилляции в благородных газах Рассмотрены методы подготовки газовых детекторов перед сборкой, а также современные методы вакуумной подготовки детекторов и методы очистки благородных газов от различного рода примесей Приведен краткий обзор, имеющихся экспериментальных данных по теме диссертационной работы

Во второй главе подробно описываются две экспериментальные установки, на которых были проведены измерения скоростей дрейфа электронов, сцинтилляционного и ионизационного выходов в смесях Хе-СН4 при различных концентрациях метана Приводится описание плоскопаратлельной ионизационной камеры с MgF2 окном в верхнем фланце камеры дчя регистрации сцинтилляционного света (Установка № 1) и описание вакуумно-газовой системы Ионизационная камера изображена на Рис 1 Внешний диаметр камеры составляет 152 мм и высота 145 мм Объем камеры составляет -0,51 л Камера состоит из катода и анода диаметрами -70 мм, установленных на керамических стержнях на расстоянии 15 мм друг от друга Огрицателыюе высокое напряжение подается непосредственно на катод камеры через металлокерамический гермоввод Альфа-источник (241Ат) установлен в середине катода

Собирающий электрод-анод сделан в форме сетки и состоит из 24 метал'шческих проволок, натянутых на металлическое кольцо с 24 мм Диаметр проволок и интервалы между ними составляют 01 и 1 мм, соответственно, оптическая прозрачность -90% В верхней части камеры установлено окно из MgF2 с диаметром 50 мм и толщиной 10 мм для пропускания коротковолновых фотонов сцинтилляции (-175 нм) в фотоумножитель Эффективность пропускания MgF2 окна составляет >50% дтя фотонов с длииои волны ~121 нм и соответственно больше для фоюпов длиноволновой области

Для регистрации сцинтилляционною света использовался фотоумножитель R6836 (Hamamatsu Photonics) [6] Типичные характеристики фотоумножителя приведены в таблице 1

Дано краткое описание вакуумно-газовои системы Вся система, включая ионизационную камеру были проверены на течь с помощью гелия Газообразный ксенон очищался от электроотрицательных примесей с помощью барий-титанового высокотемпературного геттера [7] Вся вакуумно-газовая система, включая ионизационную камеру, прогревалась при температуре -100 °С и вакуумировалась до остаточного давления 10"7 торр с помощью турбомоллекулярного насоса, перед процедурой напускания в нее ксенона

Аргон

Отрицательное На предуцнкнтеаь

высокое напряжение

Рис.1. Иойизаиионная камера для измерений сцинтилляциоино! о и ионизационного выходов.

Таблица]

Область спектральной чувствительности, им 115-320

Максимум спектральной чувствительности, км 240

Материал фотокатода Сй-Те

Диаметр фото катода, мм 23

Материал окна

Тип лннодной системы Коробчатые липолы

Число ли но до в [1

Квантовая эффективность фагокатила для вакуумного ультрафиолета с ял и ной волны 175 нм, % -12

Приводится описание ионизационной камеры с экранирующей сеткой, включая систему фотоумножителей для регистрации сцинтилляционных времен высвечивания, сцинтилляционного и ионизационного выходов (Установка №2) Ионизационная камера с экранирующей сеткой, включая систему фотоумножителей приведена на Рис 2 Все внутренние элементы камеры изготовлены из нержавеющей стали и керамики Внутренний диаметр камеры составляет 130 мм и высота 115 мм Толщина стенки камеры составляет ~3 мм Верхний фланец камеры имеет стекло из кварца (КУ-1), диаметр и толщина которого составляют 80 мм и 30 мм, соответственно Прозрачность стекла для коротковолновых фотонов с длиной волны 175 нм, составляет ~65% Внутренняя часть камеры состоит из катода-электрода, экранирующей сетки и сеточного анода-электрода для пропускания сцинтилляционных фотонов в фотоумножитель Потезадающие электроды служат для обеспечения равномерного электрического поля внутри рабочего объема камеры Все электроды крепятся на керамических изоляторах Существенная особенность этой ионизационной камеры заключается в подвижном катоде-эпектроде, перемещение которого осуществляется с помощью внешнего электромагнита Расстояние между анодом-электродом и экранирующей сеткой составляет 0,5 см Альфа-источник (239Ри) установлен в середине катода Расстояние между экранирующей сеткой и катодом может меняться от 0,5 см до 5 см Эго позволяет изменять расстояние между электродами и, таким образом коотролировать чистоту исследуемого газа непосредственно в процессе проведения измерений сцинтилляционного и ионизационного выходов

Для изучения световыхода в чистом ксеноне и в смеси ксенона с метаном используется сисгема светосбора, состоящая из двух фотоумножителей (См Рис 2) Первый фотоумножитель-ФЭУ-39А стоит непосредственно на кварцевом стекле фланца и испульзуется для основной регистрации коротковолновых сцинтилляционных фотонов (175 нм) Типичные характеристики ФЭУ-39А приведены в таблице 2 Второй тип фотоумножителя ФЭУ-143 соединен с кварцевым стеклом фланца через сцинтилляционные волокна для счета фотонов в однофотоэлектронном режиме, чтобы измерять времена сцинтилляционного высвечивания в ксеноне и в ею смесях с метаном Типичные характеристики ФЭУ-143 приведены в таблице 3

Таблица 2

Область спектральной чувствительности, нм 160-600

Максимум спектральной чувствительности, не менее 45%, нм 215

Материал фотокагода Sb-Cs

Диаметр фогокатода, мм 28

Материал окна Кварц (КУ-1)

Тип динодной системы Ковшеобразиые диноды

Число динодов 11

Квантовая эффективность фошкатода для вакуумного ультрафиолета с длиной волны 175 нм, % ~Ю

От р и цатсл ьное напряжение

СЦИНТШ1.ПЯЦИОННОГО высвечивания. сцинтиллй цио н него и ионизационного выходов.

Таблица 3.

Область спектральной чувствительности, им 300-650

Максимум спектральной чувствительности, нм 380-420

Материал фотокатода Бишелочной фото катод

Диаметер фото катода, мм 40

Тип динодной системы Линейно-фокусирующая

Длина (макс), мм 125

Приведено описание новой вакуумно-газовой системы для очистки и смешивания метана в этой системе с чистым ксеноном На Рис 3 приведен схематический вид газовой системы для очистки метана и его смешивания с ксеноном

Ионизационная камера (1), вакуумная и газовая система прогревались при температуре ~180°С и откачивались с помощью криогенных насосов активированною угля (8) и цеолита (9) При достижении высокого вакуума в системе, дальнейшая откачка системы проводилась с помощью мапшторазрядного диодного охлаждаемого насоса НМД-0,16-1 (Россия) После проведения откачки, система проверялась на наличие примесей с помощью масс-спектрометра (Residual Gas Analyzer, RGA-200, Stanford research) Вся система была предварительно проверена на течь с помощью гелия Газообразный ксенон очищался от электроотрицательных примесей по двухступенчатой схеме На первом этапе очистки использовался высокотемпературный кальциевый геттер, в котором имеется стружка Ca, нагретая до температуры 600° С, и фильтр для поглощения кальциевой пыли На втором этапе очищения ксенон поступал в высокотемпературный титановый геттер

Очистка метана проводилась путем его циклической прогонки через оксисорб высокого давления (Messer Greisheim) из баллона (3) в баллон (4), которые попеременно смораживались жидким азотом При создании смеси ксенона с нужной концентрацией метана учитывались объем ионизационной камеры (1), объем линий системы и объем цилидра (3) Сжимаемость газа также учитывалась для создания нужной концентрации метана в ксеноне Вакуумметр (2) со шкалой деления (0-1 атм) был использован длч определения добавления точного количества метана в чистый ксенон

Рис 3 Схематический вид вакуумно-газовой системы для очистки метана и его смешивания с ксеноном

В третьей главе дано описание разных методик проведения экспериментов по измерениям сцинтилляционного и ионизационного выходов на разных установках (Установка №1 и Установка №2)

Методика проведения измерений на Установке №1 приведена в виде блок-схемы на Рис 4 При проведении экспериментов сигналы с фотоумножителя поступали на зарядочувствительный усилитель 1 (ЗЧУ1) с постоянной времени 3 3 мс, далее на усилитель-формирователь с временем формирования 100 мкс и затем на многоканальный амплитудно-цифровой преобразователь (а ц п )

Ионизационные сигналы измерялись вместе со сцинтилляционными сигналами с помощью зарядо-чувствительного усилителя 2 (ЗЧУ2) с постоянной времени ~3 мс, после чего они поступали на усилитель-формирователь с временем формирования 100 мкс и далее оцифровывались с помощью ацп Постоянная времени предусилителя выбиралась таким образом, чтобы обеспечить полную регистрацию амплитуд ионизационных сигналов при больших загрузках Сигналы оцифровывались с помощью ацп, записывались и хранились на компьютере с их последующей обработкой в Delta Analysis and Technical Graphics ORIGIN Перед каждым измерением сцинтилляционною и ионизационного выходов проводилась калибровка ЗЧУ1 и ЗЧУ2 с помощью генератора импульсов, которая была учтена при обработке данных При обработке данных величина сцинтилляционного выхода определялась путем аппроксимации полученных амплитудных распределений сигналов кривой Гаусса и определением затем наиболее вероятного значения

Рис 4 Блок-схема электроники для регистрации сцинтилляционно1 о и ионизационно! о сигналов

Методика измерения сцинтилляционного и ионизационного выходов на установке j\s2 отличается от методики измерений па установке №1 На установке №2, в отличие от установки Х»1, производилась пособытийная запись экспериментальных данных при помощи цифрового осциллографа LeCroy-LT344 с максимальной частотой оцифровки 500 MhZ На Рис 5 изображена блок схема регистрации сцинтилляционного и ионизационного выходов на установке №2

Выработка триггерного сигнала осуществилась от сцинтитляционного сигнала при этом порог срабатывания устанавливался выще собственных шумов ФЭУ Для контроля стабильности коэффициента усиления ФЭУ использовался катибровачный 'зеленый' светодиод Все даьные записывались и хранились в памяти компьютера для и\ дальнейшей обработки в программе Data Analysis framework ROOT Software (CERN)

1-й канал

ФЭУ-39А

2-Й

Ионизационная камера

ФЭУ-143

ЗЧУ

Ионизационный сигнал

Компьютер

Рис 5 Блок-схема электроники для рыистрации сцинтилляционного и ионизационного сигналов

Сцинтюпяционные времена высвечивания в чистом ксеноне и в смеси Хе-СН4(0 05%) регистрировались в однофотоэлектронном режиме Первый фотоумножитель ФЭУ-39А регистрировал всю интенсивность световых вспышек в смесях ксенона с метаном, в го время как второй фотоумножитель ФЭУ-143 регистрировал отдельные фотоны, которые и обуславливают одноэлектронные импульсы па выходе ФЭУ Сигналы с анода каждого фотоумножителя поступали на входы линеиных усилителей С выхода линейных усилителей сигналы поступали на быстрые дискриминаторы Последние выдавали импульсы определенной формы и амплитуды, которые затем поступали на схему совпадений Из всей совокупности сигналов, поступающих на схему совпадении, отбирались те, которые приходили с времешгым сдвигом, меньшим или равным ее разрешающему времени Задержка между двумя сигналами с ФЭУ-39А и с ФЭУ-143 составляла-90 не, соответственно Далее сигнал запуска поступал из схемы совпадений на осциллограф Триггер осуществтялся от сигнала приходящего с ФЭУ-143 (однофотоэлектронною сигнала) в "воротах" схемы совпадений, длительность которых составляла -500 не

Четвертая глава посвящена экспериментальным резучьтатам, полученным на Установке №1 и Установке №2 Перед приготовлением смесей Хе-СН4 были измерены скорости дрейфа электронов в чистом ксеноне Данные измерения в полном согласии с мировыми данными, почученными в работах Hashimoto et al, Hunter et al, Pack et al и Дмитренко и др [8, 9]

Скорости дрейфа электронов в смесях Хе-СН4 измерялись в широком диапазоне концентраций примеси (0 05%-10%) СП4 в зависимости от параметра E/N - отношения напряженности эчектрического поля к количеству атомов или молекул Было показано, что с ростом концентрации примеси метана в ксеноне скорость дрейфа электронов увеличивается при больших электрических полях

Были измерены на установке №1 зависимости сцинтилляционных выходов в смесях Хе-СН4 при различных концентрациях метана от параметра E/N, при

давлении газа 26 атм Зависимость сцинтилляционного выхода в смесях ксенона с метаном от параметра E/N изображена на Рис 6

5 О 4.5

^4 0

а

= 35

о

0

о

3 2 5

в

н 2 0

О

CS

и 1.5 1 О 0 5 0.0

0.00 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40

E/N, 10 17Шсм2)

Рис 6 Зависимость сцинтилляционного выхода в смеси ксенона с метаном от параметра E/N

Из данных результатов видно, что сцитилтяционный свет в чистом ксеноне значительно уменьшается при увеличении интенсивности электрического поля до значения Ь/№=0 12х10'17Всм2 При добавлении 0 05% метана в ксенон сциптилляционный уменьшается при значении параметра E/N=0 на ~20% При дальнейшем увеличении электрических полей с E/N=0 05х10"17 Всм2 до E/N=0 1*10"17 Всм2 величина сцинтилляционного выхода в Хс-СН4(0 05%) увеличивается до величины сцинтилляционного выхода в чистом ксеноне и далее уменьшается с дальнейшим увеличением электричекого попя При увеличении концентрации СН4 в ксеноне, ецшпилляционные выходы уменьшаются на всем протяжении электрических полей

Эксперименты по измерению сцинтилляционного выхода в смеси Хе-СН4 были повторно проведены с помощью ионизационной камеры с экранирующей сеткой (установка 2) при давлении ксенона Р=21 атм Результаты показали, что сцинтилтяционные выходы в чистом ксеноне и в смеси Хе-СН4(0 05%), полученные на установке №2 сошлись с экспериментальными данными по измерению сцинтилляционного света в чистом ксеноне и в смеси Хе-СН4(0 05%), полученными на установке №1

На установке Kai были измерены ионизационные выходы в смесях ксенона с метаном в широком диапазоне концентраций примеси СН4 от параметра E/N, при давлении газа 26 атм На Рис 7 изображена зависимость ионизационного выхода в чистом ксеноне и в его смесях с метаном от параметра E/N, при давлении Р=26 атм

- Чистый ксенон Хе-СН/0 05±0 01%)" Хс-СН/0 20±0 03%К Хе-СН4(0 40±0 01%)-Хе-СН/О 60±0 02%)' Хе-СН4(1 0±0 1%) ^ Хе-СН4(2 0±0 1%) -

Видно, что ионизационный выход увеличивается в чистом ксеноне с увеличением электрического поля При добавпении метана в ксенон ионизационный выход значительно уменьшается во всем диапазоне электрических полей Рост ионизационного сигнала в смесях Хе-СН4 с увеличением электрического поля слабее, чем для чистого ксенона Повторные измерения ионизационного выхода в смеси Хе-СН4, проведенные на установке №2 показали, что ионизационные выходы в чистом ксеноне и в смеси Хе+СН4(0 05%) сходятся с ионизационными выходами в чистом ксеноне и в его смеси Хе+СН4(0 05%), измеренными на установке Лг»1

Были измерены времена сцинтилляционного высвечивания в чистом ксеноне и в его смеси Хе-СН4(0 05%) на установке X»2 На Рис 8 изображена зависимость времен сцинтилляционного высвечивания медленной компоненты в чистом ксеноне и в смеси Xe-t-CII4(0 05%) от параметра E/N Медленная компонента времени высвечивания значитечьно уменьшается с увеличением электрического поля Медленная компонента уменьшается от 200 не до -80-85 не при достижении величины электрического поля E/N=0 07х10"17Всм2, что соответствует характерному времени жизни триплетного состояния э£ти [10] Было обнаружено, что поведение времени высвечивания медленной компоненты в смеси Хе+СН4(0 05%) отличается от поведения медтенной компоненты в чистом ксеноне в зависимости от увеличения электрического потя В отсутствие электрического поля (E/N=0) и при величине электрического поля E/N=0 01x10 ПВсм2 времена высвечивания медленной компоненты в смеси Хе+СН4(0 05%) находятся практически на уровне времен высвечивания в чистом ксеноне при параметре E/N=0 и составляют -180 не При увеличении электрического поля от ветачины параметра E/N=0 01х10"17Всм2 до E/N=0 08х10~17Всм2 (низкие электрические поля) времена высвечивания практически не изменяются и составляют -160-170 не

Чистый ксенон Ae-CII/0 OSiO 01%) Xe+CIf4(0 20±0 03%) Хс+СН/0 4010 01%У Xt+CH,(0 60±0 02%) Хе+СН/1 0±0 1%) Хе+СН/5±1%) \e+Cll/f0±lV.)

02 03 04 05 06

Е/1Ч, 10"'7Всм2

Рис 7 Зависимость ионизационного выхода в чистом ксеноне и в его смесях с метаном от параметра Е/Ы, при давлении Р=26 атм

3 220

®--Чистый ксенон (Данная работа, О 14 г/см3)'

А - Хе-СН4(0 05±0 02%) - Данная работа

5 200

1

У лп Х

§ 20-

5 0 I—

5 0 00

О

0 05 0.10 0 15

Е/М 10",7Всм2

0.20

в

Рис 8 Зависимость времен сцинтилляционного высвечивания медленной компоненты в чистом ксеноне и в смеси Хе+СН4(0 05%) от параметра ЕЛЯ

Пятая глава посвящена анализу экспериментальных данных по измерениям скоростей дрейфа, сцинтилляционного и ионизационного выходов в смесях Хе-СН4 в широком диапазоне концентраций примеси метана В чистом ксеноне средняя энергия этектронов увеличивается с ростом электрического поля и "горячие" электроны с энергией е>1 эВ рассеиваются сильно на атомах ксенона с сечением, превышающим минимум Рамзауэра (с~0 б эВ), приводя таким образом к уменьшению скорости дрейфа электронов и к расплытию электронного облака на его пути к аноду вследствие диффузии [11] При добавлении небольшого количества молекулярного газа в чистый ксенон энергия электронов уменьшается при их столкновении с молекулярным газом Термализовапные электроны с энергией Е<0 1 эВ также сильно рассеиваются на атомах ксенона, приводя к уменьшению скоростей дрейфа электронов В смеси нагрев электронов ослабляегся и их средняя энергия становится меньше, чем в чистом Хе при тех же значениях параметра ЕЛ^ Поэтому, то же значение средней энергии следует ожидать при больших значениях параметра ЕУЫ С ростом электрического поля средняя энер1 ия электронов растет, и их сечение рассеяния убывает (эффект Рамзауэра) Максимум скорости дрейфа достигается, когда средняя энергия электронов равна энергии минимума Рамзауэра Было приведено сравнение измерений скоростей дрейфа электронов этой работы для чистого ксенона и смесей Хе-СН4(1%), Хе-СН4(10%) с расчетными и экспериментальными данными из других работ [8,9,12] На Рис 9 показаны расчетные и экспериментальные скорости дрейфа электронов в газообразном чистом ксеноне и в смесях Хе+1%СН4 и Хе+10%СН4 в сравнении с экспериментальными

данными для чистого ксенона и смесей Хе+СН4(1%) и Хе+СН4(10%), полученными в этой работе

Были приведены сравнения скоростей дрейфа электронов для смесей Хе-СН4(0 4%) и Хе-СН4(1%) в сравнении со скоростями дрейфа в смесях Хе-Н2(0 46%) и Хе-Н2(1%) из других работ [8,9] Было показано, что что скорость дрейфа электронов в смеси Хе+СН4(0 4%) превышает скорость дрейфа в смеси Хе+Н2(0 46%) при величине параметра больше Е/Ы=0 31*10"|7Всм2 Скорость дрейфа этектронов в смеси Хе+СН4(1%) превышает скорость дрейфа в смеси Хе+Н2(1%) при величине параметра больше Е/М=0 44х1047Всм2 и продолжает расти линейно с увеличением электрического поля

Ю7

10

10*

с.

н sî

10"

с. ч

É

«

о сь о а U

10'

10

10'

_Эксперичснт

10% СН4 Chnstophorou et al 1980 Рас/ет

-1%СН

_---1% С114

10% CH, 4

Данная работа ■ * Чистый ксенон • Хе-(1 ChtO 1)% СН, А Хе-(10±1)% CII4 у /

Jij_' ■ 1 "" 1_I I 1 nuit

10"

10"

10

W

10"

10*

10' Ет, ю1

Рис 9 Сравнение эксперимешачьных скоростей дрейфа этектронов в чистом ксеноне и для смесей Хе+СН4(1 %) и Хе+СН4( 10%) из данной работы с расчетными и экспериментальными скоростями дрейфа электронов в газообразном чистом ксеноне и в смесях Хе+1%СН4 и Хе+10%СН4 из работ [8,9,12]

Сцинтилляционный выход в чистом ксеноне уменьшается с ростом электрического потя вследствие уменьшения рекомбинационных процессов С ростом концен грации примеси СН4 в ксеноне сцинтилляционный выход уменьшается по отношению к сцинтилляции в чистом ксеноне на всем протяжении этектричееких полей Данный эффект связан с процессами тушения атомов Хе* и мотехул ксенона (диммеров) Хе*2 молекулами метана СН,

Хе*+С114—>Хе+СН4 Хе>СН4-*Хе+СН4

Высвечивание сцинтилляции от рекомбинационных процессов имеет отношение к так называемой '"начальной" рекомбинации, которая происходит в очень плотных сгустках ионизации, ноля внутри которых столь велики, что небольшое внешнее поле не вызывает эмиссии электронов из этих сгустков и они быстро рекомбшшруют с ионами Следующий, более медленный процесс, протекает вне плотных ионизационных сгустков и носит название объемной рекомбинации Этот тип рекомбинации относится к электронам, которые в результате Броуновского движения покидают ионизационные треки и, теряя среднюю энергию, становятся холодными на значительном расстоянии от первоначального трека, где Кулоновское взаимодействие незначительно Сцинтилляция от рекомбинационных процессов имеет большой вклад в триплетное состояние 3£+и и небольшой вклад в синглетное состояние 'Ь+ц [13] В чистом ксеноне электроны становятся "горячими" при значениях параметра £/N-(0 04-0 06)*10"17Всм , что приводит к уменьшению объемной рекомбинации и, в свою очередь к уменьшению времен сцинтилляционного высвечивания

В смеси Хе-СН4(0 05%) времена высвечивания практически не изменяются на всем протяжении электрических полей (Е/№=(0-0 08)х10"пВсм2 Данный эффект вероятнее всего объясняется тем, что электроны при этих значениях поля (низкие поля) являются "холодными т к они теряют среднюю энергию при столкновениях с молекулами метана и, таким образом рекомбинируют с ионами, вызывая тем самым задержку времен высвечивания Средняя энергия электронов в смеси Хе+СНДО 05%) уменьшается при их столкновениях с молекулами метана и равна средней энергии электронов в чистом ксеноне в отсутствии электрического поля (£/N=0)

Поскольку а-частицы создают плотные ионизационные треки, в них идет сильная рекомбинация и слабые электрические поля не имеют большого влияния на эмиссию электронов из этих треков Ионизационный выход в чистом ксеноне увеличивается с ростом электрического поля, но в малых полях заряд теряется вследствие сильной рекомбинации С увеличением концентрации метана в ксеноне электроны становятся "холодными' поскольку их средняя энергия уменьшается при столкновении с молекулами метана, что увеличивает рекомбинационные процессы

К измерениям ионизационных выходов был применен метод подобия, полученный в работе [8,9], позволяющий объеденить все данные, полученные при различных концентрациях примеси СН4 На Рис 10 изображена зависимость ионизационного выхода в смесях ксенона с метаном от приведенного параметра Е/Ъ^^) Метод подобия позволяет предсказывать все ионизационные выходы

для различных концентраций примеси метана

(E/N)*1/ÖC(1-X))"2(10,7Bcm2)

Рис 10 Зависимость ионизационного выхода в смссях ксенона с метаном от приведенного параметра -х)

ВЫВОДЫ.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, состоят в

следующем

1 Были созданы установки, состоящие из ионизационных камер для изучения сцингилляционного и ионизационного процессов в смесях Хе-СН4 включая вакуумно-газовые системы для подготовки этих смесей

2 Измерены скорости дрейфа электронов в смесях Хе-СН4 в широком диапазоне концентраций примеси метана (0 05%-10%) в зависимости от параметра F/N

3 Измерен сцинтилляционный выход в смеси ксенона с метаном в широком диапазоне концентрации примеси метана (0 05%-2%) в зависимости от параметра E/N При добавпении 5% метана в ксенон сцинтилляционный свет исчез

4 Измерены времена сцин1ил!яционного высвечивания в чистом ксеноне и в смеси Хе-СН4(0 05%) в зависимости от параметра E/N

5 Измерен ионизационный выход в смесях Хе-СН4 в широком диапазоне концентраций примеси метана (0 05%-10%) в зависимости от параметра E/N

6 Ьыл применен метод подобия к измерениям ионизационных выходов позволяющий предсказывать все ионизационные выходы для различных концентраций примеси СН4

Основные результаты диссертации представлены на б конференциях и

опубликованы в следующих работах

1 К N Pushkin, N Hasebc, S Kobayashi, С Tezuka, M Mimura, T Hosojima, M-N Kobayashi, T Doke, M Miyajima, T Miyachi, E Shibamura, S E Ulin, V V Dmitrenko, "Scintillation yield in high pressure xenon and xenon doped with methane," IEEE Conference Record, 2004 IEEE VI, 16-22 Oct 2004, p 550-553

2 К N Pushkin, N Hasebe, С Tezuka, S Kobayashi, M Mimura, Г Hosojima, M -N Kobayashi, T Doke, M Miyajima, T Miyachi, E Shibamura, V V Dmitrenko, S E Ulin "Study ot luminescence output m high pressure xenon with additive methane" Proceedings of the 2nd International Workshop on Applications of Rare Gas Xenon to Science and Technology (XcSAT2005), Waseda University, 2005, p 19

3 С Tezuka, N Hasebe, T Doke, M Miyajima, 1 Miyachi, M N Kobayashi, S Kobayashi, M Mimura,! Hosojima E Shibamura, К N Pushkin, A Ishizuka "Effects of gas dopping m xenon for developing high-pressure Xe-TPC" Proceedings of the 2nd International Workshop on Applications of Rare Gas Xenon to Science and Technology (XeSAT2005), Waseda University, 2005, p 64

4 К N Pushkin, N Hasebe, С Tezuka, S Kobayashi, M Mimura, T Hosojima, M -N Kobayashi, T Doke, M Miyajima, T Miyachi, V V Dmitrenko, S E Ulin and E Shibamura "Study of luminescence yield m High Pressure Xenon and xenon with additive methane", KEK Proceedings, 19th Workshop Radiation Detectors and their Uses, Tsukuba, p 209 February 1-3 2005

5 S Kobayashi, N Hasebe, T Hosojima, T Igarashi, M-N Kobayashi, M Mimura, T Miyachi, M Miyajima, К N Pushkin, Il Sakaba, С Tezuka, T Doke and E Shibamura, "New generation gamma-ray camera for planetary science application High pressure xenon time-projection chamber," Advances m Space Research, V 37, Issue 1, 2006, P 28-33

6 К H Пушкин, N Hasebe, С Tezuka, S Kobayashi, M Mimura, T Hosojima, T Doke, M Miyapma, T Miyachi, E Shibamura, В В Дмитренко, С Е Улин "Сцинтилляционный и ионизационный выходы в ксеноне и в смеси ксенона с метаном ' Приборы и Техника Эксперимента №4, стр 45-49, 2006

7 К N Pushkin, D Y Akimov, A A Burenkov, V V Dmitrenko, A G Kovalenko, V N Lebedcnko 1 S Kuznetsov, V N Stekhanov, С Tezuka, S E Ulin, Z M Uteshev, К F Vlasik, ' Scintillation light, ionization yield and scintillation decay times in high-pressure xenon and xenon-methane", IEEE Conference Record, San-Diego, USA, October 29, 2006

8 К H Пушкин, ДIO Акимов, А А Ьурецков, В В Дмитренко, А Г Коваленко, В H Лебеденко, И С Кузнецов, В II Стеханов, С Tezuka, С Е Улин, 3 M Утешев, К Ф Власик "Времена сцтггилляционного высвечивания, сцинтилляционный и ионизационныи выходы в смеси ксенона с метаном," Научная сессия МИФИ-2007 Сборник научных трудов, том 7, с 47-48, Москва, 2007 г

Список цитируемой литературы

[1] Northrop J А , Nobles R А , IRE Trans Nucí Sci, 1956, p 19

[2] Northrop J A and Gursky J M , Nuclear Instruments, 1958, v 3, p 207-212

[3] Takahashi T, Kubota S and Doke T, Phys Lett, 1966, v 23, №5, p 321

[4J Долгошеии Б A , Лебеденко В H , Рогожин А М Родионов Б У , Шувалова Е Н ЖЭТФ 1969 Т 56 4 С 1152

[5] Бутиков Ю А , Долгошеин Б А , Лебеденко В Н , Рогожин А М , Родионов Б У ЖЭТФ 1969 Т 57 №4 С 42

[6] www hamamatsu com

[7] Miyajima M , Masuda К, Hitachi A, et al, Nucí Instr and Methods, 1976, v 134, p 403

[8] Атражев В M, Дмитрепко В В Чернышева И В, Теплофизика высоких температур, 2004 Т 42, №4, С 506-515

[9] Атражев ВМ, Дмитренко ВВ, Чернышева ИВ, Письма в ЖТФ, 2003, Т30, вып 7

[10] Suzuki М, Rúan (Gen) J , and Kubota S , Nucl Instr and Methods, v 192 1982, p 565-574

[11] Bowe J С , Phys Rev, 1960, v 117,№6,p 1411-1415

[12] Christophorou L G , Maxey D V , McCorkle D L , Carter J G Nuclear Instr and Methods, 1980, V 171, P 491

[13] Suzuki M, Rúan (Gen) J, and Kubota S, Nucl Instr and Methods, 1982, v 192, p 623-625

Подписано в печать 23 04 2007 г Исполнено 24 04 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 446 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ni

ВВЕДЕНИЕ.

1. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ И ИОНИЗАЦИОННЫЕ ГАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ.

1.1. Механизмы сцинтилляции благородных газов.

1.2. Подготовка газовых детекторов.

1.2.1. Подготовка детекторов перед сборкой.

1.2.2. Современные насосы, использующиеся для откачки детекторов.

1.3. Методы очистки благородных газов от примесей.

1.4. Основные принципы конструирования сцинтилляционных и пропорционально-сцинтилляционных детекторов.

1.5. Процессы в сцинтилляционных детекторах на основе благородных газов и их смесей.

1.6. Процессы в жидкостных сцинтилляционных детекторах на основе ксенона.

1.7. Выводы к главе 1.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

2.1.1. Конструкция ионизационной камеры с MgF2-OKHOM для регистрации сцинтилляционного и ионизационного сигналов.

2.1.2. Система регистрации сцинтилляционного и ионизационного выходов.

2.1.3. Система вакуумной подготовки, очистки ксенона и система смешивания ксенона с метаном.

2.2.1. Конструкция ионизационной камеры с экранирующей сеткой и с кварцевым окном (КУ-1) для регистрации сцинтилляционного и ионизационного сигналов.

2.2.2. Система регистрации сцинтилляционного и ионизационного выходов.

2.2.3. Система вакуумной подготовки для очистки ксенона и его смешивания с метаном.

2.3. Выводы к главе 2.

3. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ВРЕМЕН ВЫСВЕЧИВАНИЙ, СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО И ИОНИЗАЦИОННОГО ВЫХОДОВ В ЧИСТОМ КСЕНОНЕ И В ЕГО СМЕСЯХ С МЕТАНОМ.

3.1. Методика измерений сцинтилляционного и ионизационного выходов в чистом ксеноне и его смесях с метаном с помощью ионизационной камеры с MgF2 - окном.

3.2. Методика измерений сцинтилляционного и ионизационного выходов в чистом ксеноне и его смесях с метаном с помощью ионизационной камеры с экранирующей сеткой и с кварцевым окном.

3.3. Методика измерений времен высвечиваний в смесях ксенона с метаном.

3.4. Выводы к главе 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ.

4.1. Экспериментальные данные по измерениям скоростей дрейфа электронов в смесях ксенона с метаном.

4.2. Экспериментальные данные по измерениям сцинтилляционных выходов в смесях ксенона с метаном.

4.3. Экспериментальные данные по измерениям времен высвечивания в чистом ксеноне и в смеси Хе+СН4(0.05%).

4.4. Экспериментальные данные по измерениям ионизационных выходов в смесях ксенона с метаном.

4.5. Выводы к главе 4.

5. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

5.1. Анализ экспериментальных данных скоростей дрейфа электронов в смесях Xe-CRt.

5.2. Анализ экспериментальных данных по измерениям сцинтилляционных выходов в смесях Xe-CRt.

5.3. Анализ экспериментальных данных по измерениям времен высвечивания в чистом ксеноне и в смеси Хе-СН4(0.05%).

5.4. Анализ экспериментальных данных по измерениям ионизационных выходов в смесях Хе-СН4(0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 5%, 10%).

5.5. Выводы к главе 5.

Сцинтилляционные процессы в инертных газах изучаются несколько десятков лет. Достаточно хорошо изучены сцинтилляционные процессы как в чистом ксеноне, так и в ксеноне с добавками инертных газов (аргон, гелий и т.д.) [1-6]. В последнее время уделяется большое внимание исследованию процессов сцинтилляции и ионизации в связи с созданием современных время-проекционных, двухфазных (жидкость-газ) и однофазных (жидкость или газ) детекторов для применений в астрофизических исследованиях, для поиска темной материи, когерентного рассеяния нейтрино на ядрах ксенона и т.д., где сцинтилляция служит для дополнительного анализа регистрируемых событий. В ионизационном детекторе сцинтилляционный сигнал может служить для выработки триггера [7] и таким образом, позволять корректировать ионизационный сигнал [8], что дает возможность избавиться от использования экранирующих сеток [9], вносящих определенный вклад в ухудшение энергетического разрешения.

Значительный выигрыш по световому сигналу может быть получен, если вместо сцинтилляции использовать электролюминесценцию рабочей среды. Поскольку световыход электролюминесценции в однородном поле пропорционален пути дрейфа электронов и их энергии, достаточно большой световыход может быть достигнут увеличением пути дрейфа и напряженности электрического поля. Электролюминесценция возможна как в газообразной, так и в конденсированной фазах благородных газов, однако в газообразной фазе технически проще обеспечить высокий световыход. Возможность использования сцинтилляции и электролюминесценции благородного газа во времяпролетной методике была продемонстрирована авторами работы [10], разработавшими прецизионную дрейфовую камеру на жидком ксеноне (Хе). Сцинтилляционная вспышка в жидком Хе при проходе в нем а-частицы служит стартовым импульсом времяпролетного спектрометра. Электроны ионизации, вытянутые электрическим полем с треков а-частиц, дрейфуют к проволочному электроду-аноду. Если напряженность электрического поля у анода достаточно высока, при собирании электронов в жидком Хе возникает электролюминесцентная вспышка. Получаемый при этом ионизационный сигнал также может быть использован для выработки сигнала "стоп", однако достигаемое при этом временное разрешение оказывается несколько хуже, чем в случае использования электролюминесценции. В настоящее время является актуальным создание время-проекционного детектора на основе ксенона высокого давления для изучения минераллогического состава планет, где сцинтилляция выполняет роль триггера.

Выбор рабочего вещества для таких типов детекторов определяет большую роль их использования. Ксенон, как рабочее вещество детектора, обладает высоким сцинтилляционным выходом по сравнению с другими наиболее часто использующимися благородными газами (аргон и криптон) и коротким временем высвечивания. Следующими основными параметрами, определяющими критерий выбора ксенона в качестве рабочего вещества время-проекционных детекторов являются: вероятность взаимодействия гамма-излучения с веществом, заряд атомного ядра Z. Известно, что сечение взаимодействия гамма-квантов с атомами сильно зависит от заряда ядра:

5 2 фотоэффект ~ Z, комптон-эффект ~ Z, процесс образования пар ~ Z . С этой точки зрения Хе (Z=54) является одним из наиболее эффективных поглотителей гамма-излучения. Кроме заряда ядра, важнейшей характеристикой детектирующей среды является ее плотность. Благодаря высокой сжимаемости, газообразный ксенон имеет значительную плотность при относительно невысоком давлении (1 г/см3 при 70 атм). В зависимости от конкретных условий эксперимента (диапазон температур, объем и толщина стенок камеры и др.) рабочая плотность ксенона может быть различной. Ксенон характеризуется низкой скоростью "горячих" электронов, что приводит к значительному размытию электронного облака вследствие диффузии во время его движения к электроду-аноду. Это, в свою очередь, приводит к затруднениям определения места конверсии радиационного излучения с веществом во время-проекционных детекторах по сцинтилляционному сигналу. Известно, что добавление легких молекулярных газов в атомарные, обеспечивает значительное увеличение скоростей дрейфа электронов. Среди молекулярных газов широко примененяется водород Н2 в качестве ускоряющей добавки электронов в ксеноне. Одним из преимуществ водорода является его легкий метод очистки от различного рода примесей, в том числе и электроотрицательных (CV, F2", и т.д.). Одной из оптимальных молекулярных добавок в инертных газах для улучшения транспортных свойств электронов является молекулярный газ - тетрафторид углерода CF4. Главным недостатком тетрафторид углерода CF4, ограничивающий его применение для газовых детекторов является тот факт, что его молекулы разрушаются при столкновении с электронами под действием высоких электрических полей, увеличивая при этом захват электронов электроотрицательными примесями (F2"). Известно, что молекулярный газ - метан является одним из перспективных кандидатов для улучшения временных и координатных свойств время-проекционных детекторов на основе сжатого ксенона, поскольку он обеспечивает скорости дрейфа электронов выше, чем молекулярная добавка водорода.

При приготовлении смеси чистота газа имеет принципиальное влияние как на собирание электронного заряда, так и на сцинтилляцию. Критерием чистоты газа служит время жизни электронов в свободном состоянии, которое должно быть значительно больше времени дрейфа. Наличие электроотрицательных примесей приводит к тому, что заряд, собранный на сигнальном электроде, зависит от места первичной ионизации. Кроме того, сцинтилляционный свет, испускаемый ксеноном в области ультрафиолета (~175нм) имеет значительно высокое сечение поглощения молекулами воды (Ы20) [11,12].

В настоящее время сцинтилляционные и ионизационные процессы в смесях Хе-СН4 малоизучены. В связи с разработкой перспективного на сегодняшний день время проекционного детектора высокого давления на основе смеси Хе-СН* для изучения минераллогического состава планет, возобновляется интерес к исследованию скоростей дрейфа электронов, сцинтилляционных и ионизационных процессов в этих смесях.

Данная диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию влияния примеси метана в широком диапазоне концентраций на скорости дрейфа электронов, сцинтилляционный и ионизационный процессы в газообразном ксеноне высокого давления в зависимости от параметра E/N - отношения напряженности электрического поля (В/см) к количеству атомов (1/см ).

Цели и задачи исследования:

Основной целью исследования, представленного в диссертации, является изучение влияния примеси метана в ксеноне как рабочего вещества время-проекционной камеры на скорости дрейфа электронов, ионизационные и сцинтилляционные процессы, в зависимости от параметра E/N, при давлениях 21 и 26 атм. Основной задачей исследования является: Создание установок, состоящих из ионизационных камер, включая вакуумногазовые системы для очистки и смешивания метана с ксеноном. Проведение экспериментов по изучению скоростей дрейфа электронов, сцинтилляционного и ионизационного процессов в смесях Хе-СН4 в широком диапазоне концентраций примеси метана в зависимости от параметра E/N.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые проведены исследования сцинтилляционного и ионизационного выходов в смесях ксенона высокого давления с метаном с помощью ионизационной камеры с перемещающимся катодом. Устройство камеры позволяет поддерживать постоянную напряженность электрического поля на разных расстояниях от катода до анода и дает возможность контролировать чистоту исследуемого газа в процессе проведения эксперимента, чтобы объяснить влияние примесей на поведение сцинтилляционного и ионизационного выходов.

2. Впервые измерен сцинтилляционный выход в смесях ксенона с добавлением 0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 2% метана в зависимости от параметра E/N.

3. Впервые измерен ионизационный выход в смесях ксенона с добавлением 0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 5% и 10% метана в зависимости от параметра E/N.

4. Впервые измерены скорости дрейфа электронов в ксеноне с добавлением 0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 10% метана в зависимости от параметра E/N.

5. Впервые измерены времена сцинтилляционного высвечивания медленной компоненты в ксеноне с добавлением 0.05% метана от параметра E/N при давлении 21 атм в зависимости.

6. Впервые метод подобия был применен к экспериментальным результатам по измерениям ионизационных выходов в смеси Хе-СН4 для различных концентраций примеси СН4. Правило подобия позволяет объеденить имеющиеся экспериментальные данные, полученные при различных значениях концентрации метана.

На защиту автор выносит следующие положения:

1. Установку, состоящую из ионизационной камеры с кварцевым окном (КУ-1) и с перемещающимся катодом для измерения сцинтилляционного и ионизационного выходов на различных расстояниях между катодом и анодом, включая вакуумно-газовую систему для очистки метана и приготовления смесей ксенона с метаном.

2. Установку, состоящую из ионизационной камеры с MgF2~0KH0M для измерения сцинтилляционных и ионизационных выходов, включая вакуумно-газовую систему для очистки метана и приготовления смесей Хе

СН4.

3. Зависимость сцинтилляционных выходов в смесях ксенона в широком диапазоне концентраций примеси метана (0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 2%) от параметра E/N.

4. Зависимость ионизационных выходов в смесях ксенона в широком диапазоне концентраций примеси метана (0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 5% и 10%) от параметра E/N.

5. Зависимость скоростей дрейфа электронов в смесях ксенона с добавлением примеси СН4 в широком диапазоне концентраций (0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 10%) от параметра E/N.

6. Зависимость времен сцинтилляционного высвечивания в смеси ксенона с добавлением 0.05% СН4 от параметра E/N, при давлении 21 атм.

7. Применение метода подобия к экспериментальным результатам по измерению ионизационных выходов в смесях Xe-CFLt в широком диапазоне концентраций примеси СН4. Метод подобия позволяет предсказывать все ионизационные выходы для разных концентраций примеси метана.

Практическая полезность:

Результаты этой работы по изучению скоростей дрейфа электронов, сцинтилляционного и ионизационного выходов в смесях Хе-СН4 в широком диапазоне концентраций примеси метана могут быть использованы для выбора оптимального состава Xe-Cfy газовой смеси с целью достижения наилучших рабочих характеристик (высоких скоростей дрейфа электронов, весь собранный электронный заряд, оптимальный сцинтилляционный выход) время-проекционных детекторов, где сцинтилляционный свет исполняет роль триггера. На основе данных экспериментальных результатов может быть сделана оценка временных и координатных характеристик время-проекционного детектора.

Личный вклад соискателя в проведенные исследования:

Все оборудование для проведения экспериментальных измерений было создано лично автором или при его непосредственном участии. Основные результаты были получены и обработаны лично автором

Апробация работы:

Основные результаты работы были доложены и обсуждены: на научной конференции в Японии (Сендай - Сентябрь 2004), на международном симпозиуме IEEE Nuclear Science Symposium (IEEE NSS - Октябрь 16 2004, Рим, Италия) на научной конференции в Японии (Radiation detectors and their uses, KEK Tsukuba, Февраль 2005) на научном международном семинаре (2nd International Workshop on Applications of Rare Gas Xenon to Science and Technology, XeSAT2005, Waseda University, Япония, Март 8-10,2005. на международном симпозиуме IEEE Nuclear Science Symposium (IEEE NSS - Октябрь 29 2006, Сан-Диего, США), на научной конференции МИФИ - 2007

Публикации:

Диссертационная работа основана на экспериментальных результатах, которые были опубликованы в период с 2004-2007 гг. в российских и зарубежных журналах, материалах международных конференций и симпозиумов, сборниках научных трудов. За это время опубликовано 8 работ.

Объем и структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, содержит 121 страница, 48 рисунков и 3 таблицы. Список литературы содержит 85 наименований.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе состоят в следующем:

1. Измерены скорости дрейфа электронов в смесях Хе-СН4(0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1%, 10%). Показано, что с ростом концентрации метана в ксеноне скорости дрейфа электронов увеличиваются при больших электрических полях. С ростом электрического поля средняя энергия электронов растет и их сечение рассеяния убывает (эффект Рамзауэра). Приведены скорости дрейфа электронов в смесях Хе+СН4(0.4%) и Хе+СН4(1%) в сравнении со скоростями дрейфа в смесях Хе+Н2(0.46%) и Хе+Н2(1%). Обнаружено, что скорости дрейфа электронов в смеси Хе+СН4(0.4%) превышает скорости дрейфа электронов в смеси

1П О

Хе+Н2(0.46%) при величине параметра больше E/N=0.31xl0" Всм. Скорости дрейфа электронов в смеси Хе+СН4(1%) превышает скорости дрейфа электронов в смеси Хе+Н2(1%) при величине параметра больше

E/N=0.44x Ю"17Всм2.

2. Были получены экспериментальные зависимости сцинтилляционных выходов в смесях ксенона с добавлением (0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%), 1 % и 2% метана от параметра E/N. Было показано, что сцинтилляционный свет в чистом ксеноне уменьшается с ростом электрического поля, что связано с уменьшением рекомбинационных процессов, имеющих определенный вклад в сцинтилляционный процесс. Сцинтилляционный свет в смесях Хе+СЩ уменьшается по отношению к сцинтилляции в чистом ксеноне с ростом концентрации метана на всем протяжении электрических полей. С ростом концентрации CHL* в ксеноне 0.05%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 1% и 2%, световыход уменьшается по отношению к сцинтилляции в чистом ксеноне на 15%, 32%, 50%, 60%), 77%, 89%, соответственно при величине параметра E/N=0.4xl0" 17Всм2. При добавлении 5% метана сцинтилляционный свет полностью исчезает. Данный факт связан с процессами тушения атомов и молекул ксенона (димеров) молекулами метана.

3. Было обнаружено, что сцинтилляционный свет в чистом метане совсем не наблюдается, в то время как амплитуда ионизационных сигналов практически не изменяется при увеличении расстояния между катодом и анодом с 1.5 см до 5 см, что свидетельствует об удовлитворительной чистоте газа. Отсутствие сцинтилляционного света в чистом СН4 вероятнее всего связано с тушением радикалов СН, образующихся при взаимодействии а -частиц с метаном, молекулами СН4.

4. Измерены зависимости времен сцинтилляционного высвечивания в чистом ксеноне при его давлении Р=21 атм и в смеси Хе-СН4(0.05%) от параметра E/N. Было показано, что времена высвечивания медленной компоненты в чистом ксеноне уменьшаются с ростом электрического поля

17 2 до параметра E/N=0.07xl0" Всм с 200 не до -80-85 не, что соответствует времени высвечивания триплета 3£+и. Это связано с уменьшением объемной рекомбинации. Обнаружено, что в смеси Хе+СН4(0.05%) время высвечивания медленной компоненты особо не изменяется с ростом

17 2 электрического поля до величины параметра E/N=0.06xl0" Всм и составляет -160-180 не. Данный факт связан с тем, что электроны в этой

17 "У смеси становятся "холодными" в области параметра E/N=(0-0.08)xl0" Всм , т.е. теряют среднюю энергию при столкновениях с молекулами метана и рекомбинируют, обеспечивая тем самым вклад в задержку времен сцинтилляционного высвечивания медленной компоненты.

5. Были измерены ионизационные выходы в смесях Хе-СН4. Показано, что с ростом электрического поля в чистом ксеноне ионизационный выход увеличивается, поскольку электроны вытягиваются с ионизационных треков. При добавлении метана в ксенон, ионизационные выходы уменьшаются на всем протяжении электрических полей и продолжают уменьшаться по отношению к чистому ксенону за счет увеличения рекомбинационных процессов и вероятнее всего захвата электронов какими-то примесями.

6. Приведены суммы сцинтилляционного и ионизационного выходов в чистом ксеноне и в смесях Хе+СН4(0.05%, 0.2%). Показано, что сумма сцинтилляционного и ионизационного выходов в смеси Хе+СН4(0.05%) имеет рост в области низких электрических полей и при достижении

17 9 величины параметра E/N=0.15xl0" Всм не изменяется. Рост суммы в области низких электрических полей вероятнее всего свидетельствует о захвате электронов какими-то примесями в смеси, которые были не заметны в чистом ксеноне и в чистом метане. Сумма сцинтилляционного и ионизационного выходов в смеси Хе+СН4(0.2%) растет на всем протяжении электрических полей, что в результате всего связано с увеличением захвата электронов примесями. Показано, что с увеличением концентрации СН4 в ксеноне сумма сцинтилляционного и ионизационного выходов в смесях Xe+CHt уменьшается по отношению к сумме сцинтилляционного и ионизационного выходов в чистом ксеноне за счет увеличения тушения молекул ксенона молекулами метана.

7. Было применено правило подобия для скоростей дрейфа и ионизационных выходов. Результаты для скоростей дрейфа были объеденены для различных концентраций метана. Экспериментальные данные для ионизационных выходов также были объеденены. Метод подобия позволяет предсказывать все ионизационнае выходы для различных концентраций метана.

Таким образом, данные экспериментальные результаты показали, что Хе-СН4 является перспективной смесью с точки зрения улучшения временных и координатных характеристик время-проекционных камер. Относительно малые добавки метана (0.05%-1%) в ксенон позволяют значительно увеличить скорости дрейфа электронов, обеспечить весь собранный электронный заряд и обеспечить вполне нормальный сцинтилляционный триггер.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Northrop J. A., Nobles R. A. Some aspects of gas scintillation counters. 1.E Transactions on Nuclear Science, 1956, p.59.

2. C. Cavalleri, E. Gatti and G. Redaelli, "Light chamber or gas amplified scintillation chamber", Nucl. Instr. and Meth., 1963, v.20, p. 238-241.

3. Takahashi Т., Kubota S., and Doke Т., On the mechanism of scintillation of helium, helium argon and helium-neon mixtures induced by alpha impact. Physics Letters. 1966, v.23, №.5, p.321.

4. Conde C.A.N., Policarpo A.J.P.L., and Alves M.A.F., Gas proportional scintillation counter with xenon and xenon mixtures. Trans. IEEE Nucl. Sci., NS-15, 1968, v. 84.

5. Долгошеин Б.А., Лебеденко B.H., Рогожин A.M., Родионов Б.У., Шувалова Е.Н. Электрон-ионная рекомбинация на следе ионизующей частицы и механизм сцинтилляций благородных газов. ЖЭТФ. 1969. Т. 56. №4. С. 1152.

6. Бутиков Ю.А., Долгошеин Б.А., Лебеденко В.Н., Рогожин A.M., Родионов Б. У. Электролюминесценция благородных газов. ЖЭТФ. 1969. Т. 57. №4 С. 42.

7. Lacy J.L., Athanasiades A., Shehad N.N., Sun L., Lyons Т., Martin C.S., and Lu Bu, Cylindrical high pressure xenon spectrometer using scintillation light pulse correction. IEEE Conference record, 2004, p. 16, Rome.

8. Росси Б., Штауб Г., Ионизационные камеры и счетчики. ИЛ, 1951.

9. М. Miyajima, К. Masuda, Y. Hoshi, Т. Doke, Т. Takahashi, Т. Hamada et al.,"A self triigered liquid xenon drift chamber by the use of proportional ionization or proportional scintillation", Nucl. Instr. and Methods, 1979, v. 160, Issue 2, P. 239-246.

10. Baldini A., Bemporad C., Cei F., Doke Т., Grassi M., et al., Absorption of scintillation light in a 100 1 liquid xenon gamma-ray detector and expected detector performance. Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. A, 2005, v.545, p.753.

11. Bloch F. and Bradbury N., On the mechanism of unimolecular electron capture. Phys. Rev., 1935, v.48, p.689.

12. Kobayashi S., Hasebe N., Hosojima Т., Igarashi Т., Kobayashi M. -N., et al., A new generation y-ray camera for planetary science applications: High pressure xenon time projection chamber. Adv. in Space. Res., 2006, v.37, issue 1, p.28.

13. Iqbal M.Z., Henrikson H.E., Mitchell L.W., O'Callaghan B.M.G., Thomas J., and Wong H.T-k. Design and construction of a high pressure xenon time projection chamber. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987, A259, p.459.

14. Christophorou L.G., Atomic and molecular radiation physics. Wiley-Interscience, 1971.

15. Ляпидевский B.K. Сцинтилляционный метод детектирования излучений. М: МИФИ, 1981, С. 56.

16. Milliken R.S. J. Chem. Phys. 1970, v.52., p.5170.

17. Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Квантовая механика. M: Физматгиз, 1963, С. 342.

18. Bernett J.R., and Collinson A.J.L., Alpha particle induced luminescence in argon in an electric field. J.Phys. В (Atom. Molec. Phys.), 1969, v.2.

19. Holstein Т., Phys.Rev., 1947, 72, p.1212.

20. Wilkinson P.G., Can. J. Phys., 1967, 45, p.1715.

21. Keto J.W., Gleason R.E., Bonifield T.D. et al. Chem. Phys. Lett. 1976, v.42, p.125.

22. Герасимов Г.Н., Крылов Б.Е., Логинов A.B., Щукин С.А. Ультрафиолетовое излучение возбужденных молекул инертных газов. УФН., 1992, т. 162, №5, с.123.

23. Salete М., Leite S.C.P., Radioluminescence of rare gases. Portgal. Phys., 1980, v. 11, p.53.

24. Koehler H.A., Ferderber L.J., Redhead D.L., and Ebert P.J., Vacuum-ultraviolet emission from high-pressure xenon and argon excited by high-current relativistic electron beams. Phys.Rev. A., 1974, v.9, №2.

25. Suzuki M., Ruan J. (Gen), and Kubota S., Electric field dependence of the decay curves of high pressure xenon scintillators excited by alpha particles. Nucl. Instr. and Meth., 1982, v. 192, p.623.

26. Shamu R.E. "High-pressure gas scintillation counters", Nucl. Instr. and Methods, 1961, v. 14, p.297.

27. Aprile E., Bolotnikov A.E., Bolozdynya A.I., Doke Т., Noble gas detectors., Wiley-VCH, 2006, p.239-276.

28. Zaklad H. Preprint UCRL-20690. Berkley: LBNL Univ. of California, 1971.

29. Барабаш A.C. Очистка и контроль чистоты рабочих сред для жидкостных ионизационных детекторов. ПТЭ. 1988, №3, с.7.

30. Ободовский И.М., Покачалов С.Г., Шилов В.А., ЖЭТФ, т.50, №9, с.2028.

31. Ободовский И.М., Покачалов С.Г., Шилов В.А., ПТЭ, 1982, №3, с.29.

32. Дмитренко В.В., Романюк А.С., Утешев З.М. Элементарные частицы и космические лучи. М: Атомиздат, 1980, Вып.5, с.72.

33. Bolotnikov Alexey, Ramsey Brian, Purification techniques and purity and density measurements of high pressure Xe. Nucl. Instr. and Methods in Phys. Res. 1996, A 383, p.619.

34. Барабаш A.C., Болоздыня А.И., Жидкостные ионизационные детекторы. М: Энергоатомиздат, 1993, с.134.

35. Варварица В.П., Викулов И.В., Ивашов В.В., Панов М.А., Филатов В.И., Щекин К.И., Пропорционпльно-сцинтилляционные детекторы, ПТЭ. 1992, №5, С. 12.

36. Акимов Ю.К. Сцинтилляции в благородных газах. ПТЭ. 1998, №1, с.5.

37. Grun А.Е. and Schopper E.Z. Naturforsch 6A, 1951, p.698.

38. Norhtrop J.A., Gursky J.M., and Johnsrud A.E., Further work with noble element scintillators. IRE Trans. Nucl. Sci., 1958, p. 81.

39. Norhtrop J.A. and Gursky J.M, Relative scintillation efficiencies of noble gas mixtures. Nucl. Instr., 1958,3, p.207.

40. Болотников A.E., Дмитренко B.B., РоманюкА.С., Сучков С.И., Утешев З.М. Энергетическое разрешение гамма-спектрометров на сжатом ксеноне. Физика высоких энергий. Сборник научных трудов МИФИ. М.: Энергоатомиздат, 1984, с.81.

41. Sumner T.J., The ZEPLIN-III dark matter project. New Astronomy reviews. 2005, v.49, issue 2-6, p.277.

42. Tornow W., Huck H., Kober H. -J., and Mertens G., "Properties of high pressure nitrogen-argon and nitrogen-xenon gas scinitillators", Nucl. Instr. and Methods, 1976, v. 125, Issue 3, P.435-443.

43. Mutterer M., Gas scintillation nuclear particle detectors. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1982, 196, p.73.

44. Policarpo A.J.P.L., Light production and gaseous detectors. Physica Scripta. 1981, v.23, p.539.

45. Schultz Harvey A., Scintillations and energy transfer in argon-nitrogen mixtures, Journal of Chem. Phys., 1966, v.44, no.l.

46. Iqbal M.A., O'Callaghan В., Henrikson H., and Boehm F., Study of a prototype xenon TPC. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1986, A243, p.459.

47. Takahashi Т., Himi S., Suzuki M., Ruan J.(Gen) and Kubota S., Emission spectra from Ar-Xe, Ar-Kr, Ar-N2, Ar-CH4, Ar-C02 and Xe-N2 gas scintillation proportional counters. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1982, 196, p.83.

48. Fishburne Stokes S., Transfer of electronic energy from a metastable xenon atom to a nitrogen molecule. J. Chem. Phys., 1968, v.48, p. 1424.

49. Takahashi Т., Ruan J.(Gen), Kubota S., Time delay of recombination luminescence in xenon gas excited by Cf fission fragments. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1982, 196, p.83.

50. Christophorou L.G., Maxey D.V., McCorkle D.L., and Carter J.G., Xe-containing fast gas mixtures for gas-filled detectors. Nucl. Instrum and Methods. 1980, v.171, p.491.

51. Christophorou L.G., McCorkle D.L., Maxey D.V., and Carter J.G., Fast gas mixtures for gas-filled particle detectors. Nucl. Instrum and Methods. 1979, v. 163, p.141.

52. Чернышева И.В., Электронные транспортные свойства плотного ксенона как рабочего вещества ионизационной камеры. Дис. к.ф.-м.н. М.: МИФИ, 2003,149 с.

53. Siegmund О., Sanford P., Mason I., Culhane L., Kellock S., and Cockshott R., A parallel plate imaging proportional counter with high background rejection capability. IEEE Trans, on Nucl. Sci., v. NS-28, 1981, No.l, p.470.

54. Thiess P.E., and Miley G.H., New near-infrared and ultraviolet gas-proportional scintillation counters. IEEE Trans, on Nucl. Sci., 1974, v. NS-21, p.125.

55. Sumner T.J., Rochester G.K., Smith P.D., Cooch J.P., and Sood R.K., Scintillating drift chambers-the nature of the emission process in Аг/СЕЦ. IEEE Trans, on Nucl. Sci., 1982, v. NS-29, p. 1410.

56. Manzo G., Peacock A., Andresen R.D., Taylor B.G., Preliminary studies of gas fillings in gas scintillation proportional counters. IEEE Trans, on Nucl. Sci., 1980, v.NS-27, No.l, p.204.

57. Manchanda R.K., Ye Z., Sood R.K., Ultra high-pressure proportional counter Parti Argon. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1990, A292, p.373.

58. Sood R.K., Manchanda R.K., and Ye Z., An ultra high-pressure xenon detector for hard X-ray astronomy. Adv. Space Res., 1991, v.l 1, no.8, p.421.

59. Sood R.K., Ye Z., Manchanda R.K., Ultra high-pressure proportional counters Parti Xenon. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1994, A344, p.384.

60. Grey D.J., Sood R.K., Manchanda R.K., Resolution and spectral characteristics of ultra high pressure proportional counters using various quench gases. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 2004, A527, p.493.

61. Mount G.H., Warden E.S., and Moos H.W., Photoabsorption croos sections of methane from 1400 to 1850 A. The Astrophys. journ., 1977, 214, L47.

62. Mount G.H and Moos H.W., Photoabsorption croos sections of methane and ethane, 1380-1600 A, at T=295 К and T=200 K. The Astrophys. journ., 1978, 224, L35.

63. Wong H. Т., Imel D.A., Jorgens V., Treichel M. and Vuilleumier J. -C., "Event identification with a time projection chamber in a double beta decay experiment on Xe", Nucl. Instr. and Methods in Phys. Res., 1993, V.329, Issues 1-2, p.163-172.

64. Wong H. Т., Boehm F., Fisher P., Gabathuler K., Henrikson H., et al.,"Limits on neutinoless double beta decay in136Xe with a time projection chamber", Nuclear Physics B-Proc. Suppl., 1992, V.28, Issue 1, P.226-228.

65. Akimov D., Bower G., Briedenbach M., Conley R., Conti E. et al., "EXO: an advanced Enriched Xenon double beta decay Observatory", Nuclear Physics B-Proc. Suppl., 2005, v.138, P.224-226.

66. Cline D., "A WIMP detector with phase liquid xenon", Nuclear Physics B-Proc. Suppl., 2000, v.87, P.l 14-116.

67. Aprile E., Giboni K. L., Majewski P., Ni K., Yamashita M., et al., "The XENON dark matter search experiment", New Astronomy Reviews, 2005, v.49, Issues 2-6, P. 289-295.

68. Akimov D.Yu., Alner G. J., Araujo H. M., Bewick A., Bungau C., "The ZEPLIN-3 dark matter detector: instrument design, manufacture and commissioning", Astroparticle physics, 2007, v.27, Issue 1, P. 46-60.

69. Paling S. M., "The BOULBY dark matter programme", New astronomy reviews, 2005, v. 49, Issues 2-6, P.323-327.

70. Pushkin K.N., Hasebe N., Kobayashi S., et al., IEEE Conference record, 2004, Rome, October 16.

71. Kobayashi S., Hasebe N., Igarashi Т., et al., Nucl. Instrum. and Methods, 2004, v.531, p.327.

72. Tezuka C., Kobayashi S., Igarashi Т., et al., KEK Proc. 18th Workshop Radiation detectors and their uses. Tsukuba, 2004, p. 141.74. http://www.redoptronics.com75. http://www.hamamatsu.com

73. Miyajima M., Masuda К., Hitachi A., et al., Nucl. Instrum. and Methods, 1976, v.134, p.403.77. http://www.pall.com

74. Пушкин K.H., Hasebe N., Tezuka C., Kobayashi S., Mimura M. и др., "Сцинтилляционный и ионизационный выходы в ксеноне и в смеси ксенона с метаном", Приборы и техника эксперимента, 2006, №4, С.45-49.

75. Атражев B.M., Дмитренко B.B., Чернышева И.В., "Транспортные свойства горячих электронов в смеси ксенона с метаном", Теплофизика высоких температур, 2004, Т.42, №4, С.506-515.

76. Атражев В.М., Дмитренко В.В., Чернышева И.В., "Транспортные свойства электронов в смеси ксенона с водородом", Письма в ЖТФ, 2003, Т.ЗО, вып.7.

77. Glenn Knoll, "Radiation Detection and Measurement", Third Edition, Wiley, 2000.

78. Fraga M.M., de Lima E.P., Alves M.A., et al.,"Fragments and radicals in gaseous detectors,"Nuclear Instrum. and Methods in Phys. Res., 1992, v. A323, p.284-288.

79. Bolotnikov A. and Ramsey B. "Studies of light and charge produced by alpha particles in high-pressure xenon". Nucl. Instr. and Methods in Phys. Res. 1999, A 428, p.391.

80. Suzuki M., Ruan (Gen) J., and Kubota S., "Electric field dependence of the decay curves of high pressure xenon scintillators excited by alpha particles," Nuclear Instruments and Methods, 1982, v.192, pp.623-625.