Управляемый эмульсионный детектор заряженных частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

РГО со

9 7 ;;ЛП.!ОСКОВС1ШЙ ОРДЕНА ТРУДОБОГО КРАСНОГО ЗНАМИШ

Г, <-. I ii-.il Гу/ь/,1 „ _

шжо га ю-физический институт

На правах рукописи

ТШЮГРА<ЗДК ГЕШАДЯЙ- иосифович

УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭМУЛЪСИОШШй ДЕТЕКТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

01.04. ОТ -техника ¿физического эксперимента, физика приборов.автоматизация физических исследований

Автореферат диссертации на соискание ученой■степени . кандидата физико-математических наук

Автор:

Москва, 1993

^Работа выполнена в Московском Ордена Трудового Красного Знамени Ияхеиеряо-Физическом Институте

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук Сомов С.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Ведущая организация: Физический институт им. П.Н.Лебедева Российской Академии наук г.Москва

на заседании специализированного совета KCS3.03.05 в Московском инженерно-физическом институте по адресу 115409, Москва, Каширское шоссе, д.31, тел.324-84-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

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

Автореферат разослан " К " ъ^оО./)^ 1993 г. Ученый секретарь

Смирнитский В.А.

кандидат физико-математических наук Уланов В.М.

Защита состоится

специализированного совета

А.И.Гудков.

р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность те?ля исследований.В настоящее время разработано большое количество различных теоретических моделей, посвященных структуре очарованных адронов. Однако предсказания этих моделей не является однозначными и полностьп обоснованными. Накопленный в последние годы на установках' с фиксированными мишенями и на встречных пучках значительный экспериментальный материал о свойствах очарованных частиц относится, в основном, к энергиям значительно выше порога рождения этих частиц (ч§>20 ГэВ). Поэтому тщательное экспериментальное исследование динамики образования очарованных частиц и их последующих распадов по различным каналам при энергиях ускорителя протонов ИФВЭ { У§=11,4 ГзВ) позволит проверить правильность существующих представлений о фундаментальных свойствах адронов, содержащих очарованный кварк.

Ключевым вопросом в этих экспериментах является наличие вершинного детектора с высоким пространственным разрешением, позволяющего регистрировать рождение и последусидей распад частиц с временем жизни т--10"13с.

Среди суиугствущих на сегодняшний день вершинных детекторов выделяется ядерная змульсия, имеющая рекордное пространственное разрешение мкм и высокую плотность рабочего вещества. Именно ядерная эмульсия позволяет получать наиболее полнуп и наглядную картину рождения и последующего распада короткоживуидах частиц.

В адрснных пучках, где, с одной стороны, сечение рождения очарованных частиц максимально, число фоновых событий на три и более порядков превышает число полезных. Это сильно затрудняет применение вершинного детектора с постоянной чувствительностью, каким является эмульсия. Поэтому эксперименты по исследовании свойств очарованных частиц с использованием эмульсионной методики проводятся, в основном, на нейтринных и фотонных пучках, где сечение рогдения этих частиц мало, но соотношение полезных и фоновых событии на порядок лучше.•

Таким образом, чрезвычайно важным представляется разработка ядерной эмульсии с управляемой чувствительностью (УЯЭ)и создание

на ее основе управляемого эмульсионного детектора (УЭД) для проведения экспериментов по исследовании свойств очарованных частиц в адронных взаимодействиях. *

Целы диссертационной работы.является:

1. Разработка методов управления чувствительности ядерных эмульсий.

2. Реализация режима управляемой . регистрации быстрых заряженных частиц в ядерных эмульсиях.

3. Создание управляемого эмульсионного детектора и исследование его основных характеристик.

Основные результаты работы.

1. Проведено исследование действия электрического поля, напряженностью 0,6-3 МВ/сы на чувствительность фотографических и ядерных эмульсий. . ^ - -..

2. Реализован режим управляемой регистрации заряженных частиц в крупнозернистых (d=l.1ыкм) фотографических эмульсиях, прошедших химическую предэкспозиционную обработку.

3. Осуществлен режим управляемой регистрации заряженных чабтйц в "примитивных" ядерных эмульсиях с объемной концентрацией AgBr (х =0,25): при приложениии высоковольтного, электрического импульса достигнуто увеличение в 50-250 раз плотности проявляемых зерен на треках быстрых заряженных частиц.

4. Предложена и реализована методика, позволяющая в "толстых" (до 500 мкм) , слоях: "примитивной" ядерной эмульсии создавать напряженности электрического поля, необходимые для управляемой регистрации релятивистских заряженных частиц.

5. По результатам, исследований различных типов ядерных эмульсий с управляемой чувствительностью .выбраны оптимальные характеристик!! эмульсий для использования в управляемом эмульсионном детекторе. ■ '

6. Разработаны элементы конструкции управляемого эмульсионного детектора-генератор биполярных высоковольтных импульсов специальной формы и эмульсионная камера. _. -

7. Исследованы спектрометрические характеристики управляемого эмульсионного детектора. По результатам этих исследований с использованием методики коютызтерного моделирования произведена оценка предельной загрузки управляемого эмульсионного детектора заряженными частицами..

8. Измерены времена памяти ядерных эмульсий с управляемой чувствительность!) при различных температурах и напряхенностях электрического поля.

9. Предложена простая схема эксперимента по изучении образования очарованных частиц на ускорителе протонов ИФВЭ при помощи управляемого эмульсионного детектора.

Научная новизна результатов работы

1. Впервые реализован режим управляемой регистрации . эарязенных частиц в крупнозернистой фотографической эмульсии.

2. Впервые в ядерной эмульсии , с. диаметром микрокристалов с1=0.28 мкм достигнуто 50 кратное увеличение чувствительности при приложении высоковольтного электрического импульса.

3. Впервые осуществлена селективная , регистрация релятивистских заряженных частиц в эмульсионных, слоях толщиной до 500 мкм.

4. Впервые исследованы спектрометрические характеристики ядерных эмульсий с управляемой чувствительностью.

5. Впервые обнаружена двухкомпонентная структура памяти эффекта Ротштейна, лежащего в основе создания управляемого эг^ульсионного детектора. Показано, что двухкомпонентная память эффекта Ротия-ейна объясняется наличием в эмульсионных микрокристаллах прокеауточных центров захвата электронов двух типов. '

6. Впервые гредлозевна и реализована методика компьютерного моделирования треков заряженных частиц в ядерной эмульсии.

Научная ценность работы.

1. Предложена и развита оригинальная методика "светового зонда" с использованием ультрафиолетового лазерного импульса

наносекундной длительности.

2. Проведено исследование электрон-ионных и мультипликационных процессов в бромсеребряных эмульсионных системах.

3. Реализована на практике методика ионной перезарядки, позволяющая в два раза увеличивать напряженность импульсного электрического поля в эмульсионных микрокристаллах без увеличения амплитуды прикладываемого напряжения.

4. Исследовано действие импульсного электрического поля напряженностью от 1 до 3 МВ/см на чувствительность фотографических и ядерных эмульсии при нормальных и пониженных температурах.

5. Проведены измерения зависимости увеличения чувствительности фотографических и ядерных эмульсий с различными размерами микрокристаллов от напряженности электрического поля.

Практическая ценность работы.

1. Осуществлена управляемая регистрация релятивистских заряженных частиц в ядерной эмульсии.

2. Разработан управляемый эмульсионный детектор заряженных частиц, который может бьггь использован в экспериментах по изучение образования и распада короткохивущих частиц с новыми квантовыми числами.

3. Разработан и изготовлен генератор высоковольтных импульсов специальной формы, позволяющий реализовать методику ионной перезарядки.

4. Предложена методика компьютерного ыеделирования треков заряженных частиц в ядерной эмульсия. Эта методика с успехом мохет быть использована для оценки предельного уровня загрузки фотоэмульсиогшых детекторов заряженными частицами.

3. Синтезированные "примитивные".ядерные эмульсии с размером зерна 0,4-0,6 мкм и с объемной концентрацией АдВг 2-0,33)

могут быть использованы для регистрации иоиизирупцего излучения в радиографии и дозиметрии.

6. Предложена'■ методика, позволяющая в "толстых" (~500 мкы)

эмульсионных слоях создавать импульсные электрические поля напряженностью «-1-2 Ш/см без пробоя слоя.

7. Реализован* на практшсе методика получения фотографических эмульсий с низким уровнем вуали проявления п %6 10 мкм .

- На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Методика "светового.; зонда",., использованная для исследования эффекта " Ротшгейна' в фотографических и- ядерных

. эмульсиях. ,;

2. Методика управляемой региётрадии; заряхенных частиц в фотогра^ческих эмульсиях. ■;

• 3.- Методшса" управляемой" регистрации- релятивистских заряженных частиц в толстых С*-6СЮ Мкм) слоях примитивной ядерной эмульсии.

4. Результаты измерения спЗстрометрических характеристик ядерных эмульсий с управляемой, чувствительностью. .:

5. Результата иссле^овакая еремзни; памяти ядерных эмульсий . с управляемой чувствительностью при различных, температурах и напряжешгостях . электрического поля,; а тагасе их' физическая

, интерпретация. У : . .. .

6. Методика. компьютерного моделирования треков= заряженных частиц в ядерной. эмульсии, позволяющая определять предельную загрузку заряхаяными частицами.. : .

■•'-'-'" ''".'■;.' Апробация работы. . > , .

Основные результаты работы докладывались, на Международном симпозиума по координатным детекторам в. физике высоких энергий (г.Дубна,1988),' II и III Всесоюзных школах-семинарах по твердотельным трековым детекторам и авторадиогрзфии (г.Одесса,1989, 1991 гг.), научной конференции МИФИ (г.Москва, 1985г.) и опубликованы в 13 печатных работах..

Структура дисертации .

Дксертация содержит 86 страниц печатного текста, 50 рисунков, 4 таблицы; состоит из введения, пяти глав и заключения. Полный объем 142 страницы. Список цитируемой литературы содержит 64 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Как и любой другой детектор с управляемой чувствительность!), УЭД должен иметь низкую исходную чувствительностб к заряженным частицам. Переход в состояние с высокой чувствительностью должен быть обратимым и малоинерционным. Кроме того, ., информация о прошедшей через него частице в состоянии с низкой чувствительностью должна определенный интервал времени, называемый временем памяти, сохраняться. Бгли в течение этого интервала УЭД будет переведен в состояние с высокой чувствительностью, трек частицы зарегистрируется, если нет-информация пропадет.

Исходя иэ требований; предъявляемых к управляемому детектору, а*также; принимая во внимание, что формирование фотографического изображения, начиная с момента образования электронов в результате ионизации, идет с участием заряженных частиц (электронов и ионов), единственным на -сегодняшний/ день способом управления чувствительностью фотоэмульсий является использование эффекта увеличения чувствительности бромсеребря^ых эмульсий в импульсном электрическом поле ; напряженностью порядка МВ/см . (эффект Ротштейна). /-' - ". . . ■ -. ' ■ •' . • .

Для УЭД должна использоваться фотоэмульсия с низкой исходной чувствительностью, такой, чтобы плотность проявленных зерен на треках частиц, прошедших через эмульсию не позволяла прослеживать эти треки среди эерен вуали проявления. На треках же частиц, попавших в эмульсию в . момент приложения к ней высоковольтного импульса,-либо опережая его не больше, чем на время памяти, плотность проявленных зерен долзна увеличиваться до такого уровня, чтобы треки прослеживались на фоне вуали.

• Поскольку аффект Ротштейна обусловлен лавинным размножением электронов в. сильном электрическом поле, а коэффициент мультипликации является .приблизительно экспоненциальной функцией произведения коэффициента ударной ионизации на характерный размер электронной лавккк Св нашем случае это разкер эмульсионных микрокристаллов), первоначально была предпринята попытка создать УЭД на основе крупнозернистой (сЗ=1,2 мкм) фотографической

эмульсии...

Так как процессы формирования - скрьггого изображения в фотоэмульсии, до некоторой степени аналогичны при экспонировании эмульсий;ультрафиолетовым излучением и заряженными частицами, для выбора, , оптимальных характеристик эмульсий и амплитуды электрического импульса использовался метод "светового зонда". В этой методе эмульсия экспонируется :. лазерным импульсом наносекундной длительности, интенсивность которого- под сбирается так, чтобы число • фотоэлектронов. в ыикрокристаллах эмульсии совпадало со ■ средним числом . электронов, создаваемых в микрокристаллах релятивистской заряженной частицей. :

Вообще говоря, фотографические эмульсии не приспособлены для регистрации заряженных частиц, т.к. имеет высокий уровень вуали

проявления (п =0,5мкм ). Однако, используя химические методы

з ■ ■ - ■

пред ; и послеэкспозиционной обработки (в .частности, обработку

сильным антивуалентом перед экспозицией и недопроявление), удалось

' '■■ • ' - -3 -3 •

понизить вуаль до приемлемого уровня (п =3-10 мкм ). Кроме

того, , обработка,; в антивуаленте позволила уменьшить исходную чувствительность фотографической эмульсии.

В фотографической эмульсий, прошедшей химичаскуп обработку удалось реализовать режим, управляемой, регистрации протонов с энергией 200 МэВ, ■при котором, плотность .проявленных зерен ■ на треках была увеличена , от ' величины по=2-10 " мкм1 (треки в эмульсии не прослеживаются) . до величины п =22-10 а мкм 1(треки прослеживаются) при приложении электрического импульса, создающего в микрокри.стаяяах поле напряженность!: 0,9 МВ/см.

Плотность проявленных эгрен . п ограничена числом микрокристаллов пересекаемых заряженной частицей на единице длины

3 *у ' "

трека ^ , где х -концентрация АдВг в эмульсии, сЬраэмер

ыикрокристаллов. Поэтому в фотографической эмульсии различимость

треков на фоне зерен вуали проявления в управляемом режиме

невысока из-за малой концентрации АдВг (х «0,17) и большого

размера микрокристаллов (с)-1,1 мкм). Кроме того, использование

химических методов обработки фотографических эмульсий достаточно

трудоемко и плохо воспроизводимо.

В дальнейшем для создания УЭД.; была использована низкочувствительная ядерная эмульсия, ыикрокристаллы ' которой прошли только.фазу физического созревания ("примитивная" ядерная эмульсии). Для этой эмульсии характерны' исходно низкая вуаль проявления Сп =2-10 мкм ), большая концентрация АдВг (х40,47 )

-в v

и малые размеры ыикрокристаллов Сб^0,28-0,6 мкм).

Переход к мелкозернистой эмульсии потребовал увеличения напряженности электрического поля для сохранения необходимого коэффициента мультипликации." При этом для устранения электрических пробоев эмульсионного слоя был использован . метод ионной перезарядки эмульсионных ыикрокристаллов.

Суть этого метода состоит в том, что к •эмульсионному ■ слои • прикладывается не однополярный,а биполярный электрический импульс. За счет наличия у АдВг ионной :проводимости: микрокристаллы поляризуется, и при быстром изменении полярности импульса внутреннее поляризационное" поле складывается с внешним, в результате чего напряженность поля в ыикрокристаллах в два раза больше по сравнении со средней напрягенностьв в эмульсионном слое, соответствуицей однополярному импульсу.

Кроме того, было установлено, что концентрация АдВг в ядерной эмульсии не может превышать .0,25 по обьму. В эмульсиях с более высокой концентрацией АдВг при напрягенностях поля, необходимых для получения требуемого коэффициента мультипликации, вследствие малого расстояния между соседними микрокристаллами невозможно локализовать электроннуп лавину в пределах одного ыикрокристалла.

Режим управляемой регистрации протонов с энергией 200 МэВ бьи реализован первоначально в модельных слоях "примитивной" ядерной эмульсии с концентрацией АдВг =0,25 и диаметром ыикрокристаллов с!=0,28 шш толщиной 20 ты, политых на лавсановую подложу.

Последующие исследования показали,' что . для использования в УЭД лучше всего подходят 'примитивные" ядерные эмульсии с диаметром шшрокристаллов мкм и концентрацией АдЕг *у=0»2 по объму,

т.к. в них обеспечивается наиболее стабильный режим управляемой регистрации заряженных частиц. В такой эмульсии в слоях толщиной

до 500 юш осуществлена селективная регистрация релятивистских . гс мезонов, при которой плотность; проявленных зерен на треке составила пе=(25±1,о)•10~2 мкм1 .

После разработки основных узлов УЭД-генератора биполярных высоковольтных импульсов специальной формы и эмульсионной камеры исследовались основные характеристики УЭД.

Важной характеристикой УЭД является время памяти. Для УЯЭ, используемой в УЭД была изучена зависимость плотности проявленных зерен п на треках протонов с энергией 200 МэВ от времени задержки электрического импульса относительно момента прохождения частиц при различных температурах и напряженностях электрического поля (рис.1). Время памяти определялось как задержка между протонным импульсом и вершиной мультипликационной части биполярного электрического, импульса, при которой п (Т )= ^ -п СО).

е п с* к ^

Существование памяти в эффекте Ротштейна обычно объясняет промежуточным захватом свободных электоронов на мелкие электронные ловушки, не являвшиеся центрами чувствительности. -При действии электрического поля происходит понижение потенциального барьера центров захвата, срыв захваченных электронов и их мультипликация. В то же время электрическое поле не затрагивает электроны, находящиеся на центрах чувствительности, . так как электростатическое понижение потенциального барьера при характерных для эффекта Ротштейна напряженностях электрического доля Е<3 МВ/см не превышает 0,35 эВ, что мало по сравнении с глубиной центров чувствительности (>0,8 эВ). Обычно предполагается наличие в эмульсионных микрокристаллах только одного типа мелких ловушек и неограниченное число типов глубоких центров чувствительности (термическое время жизни электронов на этих центрах много больше времени образования скрытого изображения).

Бели вероятность проявления ыикрокристалла <р пропорциональна числу электронов образованных. в микрокристалле (с учетом мультипликации), а ПЕ~РЕ'• то ПРИ задержках электрического импульса относительно момента лрохоадения частицы больше, чем

—7

время захвата электронов, на мелкие уровни г^ Сг^Ю с).

»pciai задержки,икс

(о)

О 10 20 30 +0 50

Брекя задержки,икс (б)

Piic.t Зависимость пе от ораыеии эедерздш электрического ньшул&са Относительно иоиента прохождения чераз УЯЭ 200 Мэй протокой (а)—при различных

температурах (й)-прз различных

. напряженностях поля

00=0,6*10"1 шаг"' 12

плотность проявленных зерен на треках частиц должна определяться соотношением

TL

n (L ) = —Ь— j-(M-l)n ехрС-t, /т) + п =

е 3 г +г. о г 3 о

s и

< 1 )

= r|n (0)-n I exp(-L /г) + п ,

VTt L Е °J 3 0 -

где пе, nQ-соответственно плотность проявленных зерен на

треке с электрическим полем и dea него, ^-вероятность срыва

т -г

электронов с мелких ловушек электрическим полем, г= d *

г s

(г^т-времена захвата на мелкие и глубокие ловушки соотвественно, т -термическое время жизни электронов на мелких ловушках), ПЕ(0)=М-По СМ- коэффициент мультипликации).

Экспериментальное . подтверждение представленной выше зависимости мы наблюдаем на рис.1, причем в полулогарифмических ..координатах спрямляются именно величины n (I )-п .

Термическое время жизни электронов на промежуточных мелких ловушках может быть оценено из соотношения

г, = rr-^— expCW AT) • ( 2 )

t ÎI И СГ А

4 ^ 2 з/2

где H =2'(л1 *kT/2rr'h ) -эффективная плотность состояний в зоне

проводимости, -.и=(8кТ/1г-т ) -средняя электронная • скорость,

cr-электронное сечение захвата, близкое к ла2, а -е /8nsc W -

о о о А

эффективный боровский радиус, пГ-эффективная масса электрона, h-постоянкая Планка, k-постоянная Больцмана, Т-абсолпгная температура.

Поскольку отношение г^//тд от температуры не зависит, ■ выражение (2) дает, температурную зависимость времени памяти (Т =т•I£2). Так, при W <0,35 эВ охлаждение эмульсии с 20°С до 0°С

-П -А •

должно увеличивать время памяти не более чем в 3 раза, что и наблюдается на рис.1,а.

Независимо от механизма срыва электронов (тунельньм эффект, термополевой эффект), время памяти, вообще говоря, должно возрастать с ростом напряженности электрического поля, т.к.

становится возможным срыв электронов с более глубоких уровней, на которых термическое время жизни электронов больше. Изложенные -соображения подтверждаются на рисунке 1,6, где видно, что время памяти действительно зависит от напряженности. .

Исследование зависимости п (I ) при I >100 ыкс показало,.что

е э о

величина п (I )-п является суммой двух экспонент-быстрой

е э о

(т 335 ыкс) и медленной ис).'.

В рамках ловушечной модели такая ^ зависимость ПЕ ) объясняется, если предположить, что в эмульсионных микрокристаллах существует еще один тип мелких ловушек, глубина которых больше 0,35 эВ. Анализ такой схемы показывает,что при задержках, больших, чем времена захвата на мелкие уровни величина п^С )-по действительно представляет сумму двух экспонент с постоянными и г Сг <т ). Разделяя -на основании экспериментальных данных

3 12.

короткую и длшшую компоненты, можно вычислить среднее термическое время жизни на ловушках,, глубина которых больше 0,35 эв. . Оно , составляет ->160 ыкс. Отсюда оценивается глубина этих уровней №$0,4 эВ. Температурные зависимости г и г. определяются соотношениями, аналогичными (2), причем более сильно измейение температуры должно влиять на г . - .

Таким образом, исследования времени памяти УЯЭ показали, что имеется возможность изменять время памяти УЗД, меняя температуру . эмульсионного слоя или амплитуду управляпцего электрического импульса. Кроме трго, в зависимости от условий физического . эксперимента, имея резко различающиеся компоненты памяти,- УЭД может управляться либо "мягким" быстрым триггером,^ либо "жестким". -.. медленным. При'необходимости, длинная компонента памяти может' быть., подавлена путем охлаждения эмульсии. •

Другой важной характеристикой УЭД является его . спектрометрические возможности, т.е возможность разделять частицы с различной ионизационной способностью по плотности проявленных зерен на треке.

Исследование зависимости величины п от относительной

Е

ионизации, показали, что разделение заряжЕНиых частиц по плотности проявленных верен на—трехе—возможно—в—диапазона относительный

нонизаций от 1 до 5. Для частиц с относительной ионизацией больше 5 пе выходит на насыщение, которое объясняется тем, что при достигаемом коэффициенте мультипликации проявляются все пересекаемые заряженной частицей микрокристаллы.

По этой причине в данной области плотностей ионизации увеличение размеров эмульсионных нристаллов ведет не к росту а, наоборот, к уменьшении плотности проявленных зерен на треках, т.к.

при р (п =р N =Л ). Увеличение плотности проявленных зерен

б б б о о

(приблизительно в 1,5 раза) может быть достигнуто некоторым увеличением концентрации АдВг в эмульсии.

Высокая вероятность проявления <р означает, что 'примитивная" эмульсия становится эмульсией высшей чувствительности. В предположении, что в каждом микрокристалле, пересекаемом частицей образуется не менее одного электрона, можно оценить минимальную пороговуп энергии проявления микрокристаллов "примитивной*эмульсии. Коэффициент мультипликации для УЯЭ составляет не менее 2,5-10 , что соответствует пороговой энергии, необходимой для проявления микрокристалла %40 КэВ.

Следует отметить, что спектрометрические характеристики УЯЭ хуззз, чем у стандартных ядерных эмульсий. Однако, диапазон разделения частиц по энергиям ■ может быть расширен за счет уменьшения амплитуды управлявшего электрического импульса. Некоторое снижение величины п в этом случае несущественно, поскольку она остается значительно выше порога различия треков Ппор' КОТОРЫ14 для > учитывая низкий уровень вуали проявления, большой размер проявленных зерен и отсутствие накопления фона от космических частиц, составляет всего 6 зерен на 100 мкм трека.

Измерения плотности проявленных зерен на треках заряженных

частиц с различной ионизационной способность!) в УЯЭ без приложения

электрического поля выявили ее нелинейиуо зависимость от ионизации

(при уменьшении последней всего в 5 раз плотность проявленных

зерен уменьшается более чем на порядок). В УЯЭ, экспонированной

без приложения электрического поля плотность проявленных зерен на

—2 —1

треках релятивистских эарязрэниых частиц близка к п^^О,1■10 мкм .

Этот результат имеет важное значение при оценке предельной

загрузки УЭД заряженными частицами, которая является важной характеристикой трекового детектора, как управляемого так и неуправляемого. Она определяется как максимальная плотность всех прошедших через эмульсин заряженных частиц, при которой отдельно взятый трек уверенно идентифицируется и прослеживается по всему рабочему объему детектора. -

В стандартной ядерной эмульсии , предельная загрузка определяется возможностьо проследить отдельный трек на фоне посторонних треков, т. е.

.1 . <п /26, С 3 )

общ о

где ¿-глубина поля зрения просмотрового микроскопа. Например,

—2 —1

в эмульсии ЕР-2 (п^^ЗО-10 каш ) оценка (3). дает •1об1д<1'5,1°6сМ 2 мкы). В реальных же : многослойных

детекторах, вследствие потери или перепутывания треков при переходе из слоя в слой, эта величина приблизительно на порядок . меньше.

Для определения предельной загрузки УЭД требуется тредоемкая процедура калибровочных облучений, которая может быть заменена компьпгерным моделированием треков заряженных частиц в эмульсии методом Монте-Карло. Как видно из рисунка 2, результаты моделирования адекватно отражшт реальнуи картину, наблццаемуп в микроскоп.

Оценки предельной загрузки УЭД предложенным методом показали,

что 90°/. наблюдателей • однозначно идентифицируют релятивистскуп —2 ~1

частицу Пе?25■10 мкм , прошедшую через УЭД в состоянии с высокой

чувствлггельиостьп, среди 3 • 10В "фонбвых" релятивистких частиц с * * —2 -1 • по=0,1•10 мкм .

. Предлогенный метод с успехом можно использовать не только для оценки предельных загрузок УЭД, но и для моделирования картины взаимодействий в эмульсии.-

-Таким образом, перечисленные выше характеристики УЭД позволяют говорить о возможности использования УЭД в эксперименте по исследованию рождения очарованных частиц на ускорителе У-70 СИФВЭ).

Анализ простой схемы такого эксперимента показывает, что при

а . б

в г

Рис.2. Результаты моделирования (а,в) и микрофотографии . эмульсий, облученных в пучке протонов с энергией 200 МэВ (б,г).

а,6- ПЕ=46 • 10-2 мкм"1, Г|в=0,2 • Ю-3 мкм~3; - в,г- Пе=4б-Ю"2мкм~1, Ьп=0,2-Ю~3 ыкм~3' 1=10° протонов/см" без управляющего электрического импульса ( П0=1*К> мкм~*).

экспозиции за одни сутки можно" достичь уровня чувствительности {1 искомое событие на 3-Ю4 неупругих взаимодействий при фоне

ОТ

£ ""3 2/3

0,5/событие) -—=£]■ 10 , что соответствует (в предположении А

зависимости сечения образования очарованных частиц) а

с

выводы

Основные результаты,". полученные в диссертационной работе состоят в следующем:

1. Методом "светового зонда" исследованы электрон-ионные и мультипликационные процессы в бромсеребряных эмульсиях.

.2. В крупнозернистой фотографической эмульсии, прошедшей предэкспозиционную химическую обработку' реализован режим управляемой регистрации быстрых заряженных частиц.

3. Реализована на практике методика ионной перезарядки, позволяющая создавать в микрокристаллах бромсеребряных эмульсий импульсное электрическое поле напряженностью до 3 МВ/см без пробоя эмульсионного слоя.

4. В "примитивных" ядерных эмульсиях с размером микрокристаллов 0,28 мкм и обьеыной .концентрацией АдВг «^=0,25 реализован режим управляемой регистрации быстрых заряженных частиц. •

5. Предложена и реализована методика, позволяющая в "толстых" (-•500 мкм) эмульсионных слоях создавать импульсное электрическое поле, необходимое для увеличения фотографической чувствительности слоя. С использованием этой методики осуществлена селективная регистрация релятивистских тг мезонов. При этом плотность проявленых зерен на треках составила п =25,2+1,5 на 100 мкм трека.

Б

- 6. Разработаны основные элементы конструкции управляемого эмульсионного детектора:. высоковольтный генератор биполярных импульсов специальной формы и эмульсионная камера.

7. Измерены спектрометрические характеристики управляемого эмульсионного детектора.

8. Предложена методика компьютерного моделирования треков заряженных частиц в ядерных эмульсиях, которая может заменить

трудоёмкие калибровочные измерения предельной загрузки УЭД заряженными частицами. Ееличина предельной загрузки УЭД составляет 3-10а см"", что на три порядка больше, чем у стандартной ядерной эмульсии "ЕР-2".

9. Исследовано время памяти бромсеребряных эмульсий с управляемой чувствительностью, используемых в УЭД; при различных напряженностях и температурах. Показана принципиальная возможность управления памятьп УЭД.

10. Обнаружена двухкомпонентная структура памяти эффекта Ротштейна и дана физическая интерпретация наблюдаемого явления, используя модель электронных ловушек.

11. Предложена схема эксперимента по исследовании рождения очарованных частиц на ускорителе протонов ИФВЭ при помощи управляемого эмульсионного дете:сгора.

Основные полоавния диссертации опубликованы в 13 печатных работах.

1. Гущин Е.М..Лебедев А.Н..Лопырев A.D..Сомов C.B..Типографцик . Г.И. "Новый трековый детектор-ядерная эмульсия с управляемой чувствительностьп."-ПТЭ,1388,№1,стр.28-31.

2. Гущин Е.М.,Лебедев А.Н..Сомов C.B..Типографщик Г.И. "О влиянии температуры на эффзкт Ротштейна. "-лСГФ, 1988 ,т. 58, КЗ, стр.922-924.

3." Cushchin Е.М. ,Lebedev A.N.,Lopyrev A.Yu..Somov S.V., Tipografshchik C.I. "Ellectronically controlled detection of charged particles in nuc.lear emulsion"- NIM,1988,B34,№2, pp.269-271.

4. Гущин Е.М.,Лебедев- А.Н..Сомов C.B..Типографщик Г.И. "Управляемая регистрация заряженных частиц в ядерных эмульсиях.""Труды международного симпозиума по координатным детекторам в физике высоких энергий,Дубна,1988,стр.398-400.

5. 1>щин Е.М..Лебедев А.Н.,Сомов C.B..Тимофеев М.К..Типографщик Г.И. "Ядерные эмульсии для .управляемой регистрации слабоиониэируидего излучения."-Материалы 2-й Всесоюзной Школы-семинара по твердотельным трековым детекторам и

авторадиографии,Одесса,1989,стр.31.

6. Г^щин Е.М..Лебедев А.Н..Мыльцева В.А.,Сомов C.B., Тимофеев М.К., Типографдик Г.И. "Бромсеребряные эмульсии с управляемой чувствительностыз для ядерных исследований"- ЖНиШиК,1991, т.35,№2,стр.147-151.

7. Е.М..Лебедев А.Н..Сомов C.B..Тимофеев М.К., Типографщик Г.И. "Двухкомпонентная память эффекта Ротштейна в ядерных эмульсиях "-письма в ЖГФ,1991,т.17,№19,стр.32-33.

8. Cushchin Е.М. ,Lebedev A.N. .Soinov S.V., Timofeev H.K. Ti pografshchik C.I. "AgBr emulsion with controlled sensitivity for nuclear research."-Nuclear Tracks and Radiation Ifeasurements,1992,v.20,№2,pp.281-284.

9. Гущин Е.М..Лебедев A.H..Сомов C.B..Тимофеев M.K., Типографдик Г.И. "Трековая чувствительность управляемых ядерных эмульсий" - Материалы 3-й Всесоиэной Школы-семинара по. твердотельным трековым детекторам и авторадиогра$ми,Одесса,1991,стр.59-60.

10. Гущин Е.М..Лебедев А.Н..Соловов В.Н.,Сомов C.B..Тимофеев М.К.,Типографдик Г.И. "Моделирование предельных загрузок управляемого эмульсионного детектора"- Материалы 3-й Всесошной Школы семинара по твердотельным трековым детекторам и авторадиогра^и,Одесса,1991,стр.61.

11. 1>щин Е.М.,Лебедев А.Н:,Сомов C.B..Тимофеев М.К., Типографщик Г.Й. "Двухкомпонентная память эффекта Ротиггейна в ядерных эмульсиях"- Материалы 3-й Есесошной Шкалы-семинара по твердотельным трековым детекторам и • авторадиографии,Одесса, 1991,стр.62.

12. Гущин E.W.,Лебедев А.Н..Сомов C.B..Тимофеев М.К., Типографщик Г.И. "Трековая чувствительность управляемых ядерных эмульсий"

■ ПГЭ,1992. ИЗ,стр.79-82.

13. . Т>щин Е.М..Лебедев А.Н.,Соловов В.Н.,Сомов C.B..Тимофеев М.К..Типографщик Г.И. "Моделирование предельных загрузок управляемого эмульсионного детектора"-ШВ,1992,Jra,стр.76-78.

Подписано в печать 'О 02 lJi Заказ 2lv

Тираж м- з.