slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Detektory a spektrometry elektronů PowerPoint Presentation
Download Presentation
Detektory a spektrometry elektronů

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 12

Detektory a spektrometry elektronů - PowerPoint PPT Presentation


  • 106 Views
  • Uploaded on

Detektory a spektrometry elektronů. Nutnost detekce v širokém rozsahu energií: Atomová fyzika meV - eV Augerovy elektrony eV – 100 keV Rozpad beta a gama keV – MeV Rozpady částic na e+e-, produkce párů MeV – 10 GeV.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Detektory a spektrometry elektronů' - ingrid-palmer


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Detektory a spektrometry elektronů

Nutnost detekce v širokém rozsahu energií:

Atomová fyzika meV - eV

Augerovy elektrony eV – 100 keV

Rozpad beta a gama keV – MeV

Rozpady částic na e+e-, produkce párů MeV – 10 GeV

Používají se detektory nebo kombinace magnetických a elektrických polí

a detektorů

1) Plynové detektory

2) Kanálkové zesilovače

3) Polovodičové detektory

4) Elektrostatickéspektrometry

5) Magnetickéspektrometry

6) Di-leptonové spektrometry

7) Čerenkovovy detektory

Velký spektrometr typu „pomeranč“

(aplikační centrum Ústavu v Karlsruhe

a Technické university v Darmstadtu)

slide2

Plynem plněné detektory

Účinnost téměř 100 %

1) Geiger- Mülerovy čítače: pracují v oblasti výboje (IV)

2) Proporciální čítače: pracují v oblasti proporcionality (III)

(zesílení ~ 107)

3) Ionizační komory:nezesilují → malý výstupní signál (II)

Používaly se v dřívějším období, dnes se většinou používají polovodičové křemíkové

Polohově citlivé:

  • Mnohodrátové proporciální komory – mezi dvěma katodovými rovinami
  • jsou anodové citlivé dráty )signál z nich se snímá)
  • 2) Driftové komory – drift náboje z ionizace k anodě, typické driftové rychlosti
  • ~ 5 cm/μs, z času lze určit polohu
  • 3) Časově projekční komory – cylindr vyplněný plynem zakončený dratovými
  • komorami, umístěno v homogenním magnetickém poli, umožňuje
  • tří rozměrné měření

Široké využití ve vysokoenergetické spektrometrii elektronů a pozitronů

slide3

Polovodičová

vrstva

Elektroda

Primární

elektron

Výstupní

elektrony

Sekundární

elektrony

Skleněná

stěna kanálku

Účinnost [%]

Energie [eV]

Kanálkový elektronový zesilovač (channeltron)

Užití pro energie 0,01 – 30 keV

Kanálek ze skla nebo z keramiky

Polovodičová povrchová vrstva

Zesílení ~ 107

Malá citlivost detekce gama

Možnost seskupení do kanálkových

desek – miliony miniaturních

elektronových zesilovačů pracující nezávisle

Schéma kanálkového zesilovače

Zesílení ~ 104

dvě v kaskádě~ 107

Polohově citlivý:

Vzdálenost kanálků:

8 – 30 μm

Malá citlivost na

magnetické pole

Mrtvá doba ~ 10 ns

Kanálkové zesilovače firmy BURLE

Závislost účinnosti detekce na energii

slide4

Polovodičové detektory

Intenzivní využívání křemíkových polovodičových detektorů

Energetické rozlišení ~ 0,9 – 1,9 keV pro energie 100 – 1000 keV

Nižší energie – důležité co nejtenčí okénko → co nejmenší absorpce

Využití magnetického transportéru – magnetické pole přepraví elektrony

do místa s menším pozadím

Pozičně citlivé detektory:

1)Křemíkové stripové detektory – na křemíkové destičce (tloušťky 300 μm)

jsou tenké proužky z hliníku (1 μm) a pod ní p+ implantace (bor)

- fungují jako separátní elektrody

2) Křemíkové pixelové detektory – struktura do jednotlivých

buněk

3) Křemíkové driftové detektory– struktura elektrod, náboj

pak driftuje v elektrickém poli, jedna ze souřadnic

je určena z času driftu

SDD detektor pro experiment ALICE

slide5

Elektrostatické a magnetické spektrometry

Pohyb nabité částice v elektrickém a magnetickém poli:

1) Elektrické pole - působí síla:

2) Magnetické pole – působí síla:

platí

a tedy

Jeli

kde m – relativistická hmotnost elektronu:

Rozlišení magnetických spektrometrů dáno rozlišením hybností:

Rozlišení elektrostatických rozlišením energie:

kde se bere:

Určíme vztah EKIN = f(Br) ( ):

slide6

Určíme vztah mezi rozlišením energetickým a rozlišením hybnostním:

a tedy:

hledaný vztah mezi rozlišeními:

V nerelativistickém případě:

souhlas s nerelativistického limitou(EKIN<< mec2)

V ultrarelativistickém případě:

Vztah mezi energetickým a

hybnostním rozlišením

souhlas s ultrarelativistického limitou(EKIN>> mec2)

slide7

Základní charakteristiky elektronových spektrometrů

1) Rozsah měřených energií: 0,01 – 1000 keV

2) Už zmíněné rozlišení R: 8·10-8 – 10-1

3) Prostorový úhel do kterého letí detekované elektrony Ω: 0,0001 – 20 % ze 4π

4) Rozměr zdroje nebo ozařovaného terče σ: ~ 0,5 mm2 – 200 cm2

5) Transmise T – část z monoenergetického svazku elektronu, které projdou

do detektoru

6) Celková luminosita L = T·σ: 10-7 – 10-1 cm2

7) Elektron-optická kvalita: T/R nebo L/R

8) Intenzita používaných magnetických polí B: 0,0001 – ~3 T

Velmi důležitá příprava zdroje – vyloučení energetických ztrát elektronů

v materiálu zdroje

slide8

Elektrostatické spektrometry

Použití do energie 50 keV (pro vyšší je třeba příliš velké napětí

a je problém s relativistickou korekcí)

Magnetické pole – fokusuje elektrony do měřícího místa, s využitím clon se

provádí selekce hybnosti (energie)

Elektrické pole – vytváří potenciálovou barieru, která propustí elektrony,

jejichž energie je větší než jistý práh

Integrální způsob měření– při každém měření (daný brzdící potenciál)

Diferenciální způsob měření -pohyb v magnetickém poli

vymezí jen určitouenergetickou oblast

Jednokanálový způsob měření → velký důraz

na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci

Používané detektory:

1) Kanálkový násobič – výhodné pro nízké energie ~ keV

Mikrokanálková destička – posičně citlivé

2)Křemíkový detektor – může měřit i energii

driftové a pixelové detektory – posičně citlivé

Elektrostatický spektrometr

ESA 12 (ÚJF AVČR)

slide9

Magnetické spektrometry

zdroj

detektor

olověný

absorber

Transmise [%]

svazek

Energie [keV]

Magnetické pole je využito k určení hybnosti (energie) elektronu

Rozlišení: R = Δp/p = 10-3÷ 10-2

Během doby používána řada typů:

1) Rovinné spektrometry – pole má rovinou symetrii

2) Čočkový typ – pole má osovou symetrii

Rovinný a čočkový typ

magnetického spektrometru

Typ pomeranč, minipomeranč – „orange“, „mini-orange“ spectrometer

(Magnety rozděleny do sektorů – většinou šest sektorů rozmístěných kolem osy)

Kompaktní zařízení, magnety vytváří homogenní pole - změnami sestavy magnetů se

dá měnit energie maxima transmise (tím i účinnosti spektrometru)

Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)

slide10

Magnetický transportér a křemíkový detektor

Měření na svazku → vysoké pozadí gama fotonů a dalších částic

Magnetické pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadí, energie

elektronu je určena křemíkovým detektorem

„jemný přechod mezi magnetickými spektrometry a transportery“

Využití

1) toroidního magnetického pole:

→ pohyb po cykloidě

2) magnetického pole solenoidu: Bz = B, Bx = By = 0 → pohyb po spirále

Účinnost systému je dána transmisí transportního systému i účinností detektoru

Některé spektrometry typu „pomeranč“ a „minipomeranč“ mohou být využívány

jako transportéry

slide11

Vysokoenergetická fyzika – dileptonové spektrometry

Zkoumání rozpadu částic do e+ e- nebo μ+μ- kanálu, produkce těchto párů přes

virtuální foton → nutnost spektrometru leptonů s vysokou energií

Složení spektrometru:

Nutné pro určení hybnosti a odlišení kladných a záporných částic:

1) Velmi intenzivní magnet (často supravodivý)

2) Polohově citlivé detektory před magnetem a za magnetem

(mnohodrátové proporcionální komory, Čerenkovovy detektory)

Vylepšující identifikaci částic (potlačení hadronového pozadí):

3) Detektory odlišující hadronové a elektromagnetické spršky

4) Detektory měřící dobu letu

Schéma di-leptonového spektrometru NA50 a jeho drátové komory

slide12

Použití detektorů Čerenkovova záření

Experiment CERES:

Experiment HADES: