FIZYKA III MEL

1. FIZYKA IIIMEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 6 – Detekcja cząstek

2. Detekcja cząstek • rejestracja • identyfikacja • kinematyka

3. Zjawiska towarzyszące przechodzeniu cząstek przez materię • jonizacja • scyntylacje • zjawiska w półprzewodnikach • promieniowanie Czerenkowa • promieniowanie hamowania (bremsstrahlung) • wielokrotne rozpraszanie • cząstki neutralne?

4. …zmniejsza się energia …i dekolimuje się pierwotna wiązka. przed po energia kierunek Wielokrotne rozpraszanie Cząstka traci niewielką energię i nieznacznie zmienia kierunek w każdym akcie oddziaływania. Po przebyciu pewnej drogi w ośrodku…

5. w wyniku procesów, w których cząstka traci znaczną część energii i wypada z wiązki lnN(x) x proces statystyczny: Wielokrotne rozpraszanie Intensywność wiązki w funkcji drogi przebytej w ośrodku: w wyniku wielokrotnego rozpraszania N(x) N(0) N(0)/2 R0 x zasięg

6. Jonizacja Średnie straty energii na joniozację (formuła Bethe – Blocha): ez– ładunek cząstki Z, A– wielkości charakteryzujące ośrodek  – prędkość cząstki (v/c) I – energia jonizacji (I 13.5Z eV) n – koncentracja

7. Jonizacja możliwa identyfikacja

8. średnia gęstość jonizacji droga przebyta w absorbencie zasięg Krzywa Bragga

9. cząstka naładowana jonizacja Liczniki jonizacyjne

10. Charakterystyka i przedziały pracy komory gazowej

11. Liczniki jonizacyjne obszar licznika G.- M. obszar proporcjonalności obszar komory jonizacjnej obszar rekombinacji amplituda sygnału napięcie anodowe

12. Komora jonizacyjna Liczba wytworzonych jonów proporcjonalna do traconej przez cząstkę energii. Niewielkie impulsy – rejestracja cząstek silnie jonizujących. cienkościenne okienko

13. warunek – dobra stabilizacja napięcia anodowego Licznik proporcjonalny Jonizacja wtórna – impuls wzmocniony 102 – 104 razy Wysokość impulsu proporcjonalna do liczby jonów pierwotnych, a więc do energii cząstki.

14. Licznik Geigera-Millera Detektor jonizacyjny pracujący w zakresie geigerowskim – silne pole elektryczne w pobliżu anody powoduje jonizacje lawinową. • Prosty przyrząd rejestrujący promieniowanie. • Brak informacji o • rodzaju promieniowania • energii Czas martwy – czas wyładowania (kilka s), w którym licznik nie rejestruje cząstek.

15. Charles Wilson ½ 1927 Detektory śladowe Komora mgłowa Wilsona: jonizacja w przechłodzonej parze rozprężenie adiabatyczne  przesycenie

16. wtórne kosmiczne,h = 0 komora mgłowaB =0.35 T, płytka 3’ Pb (ManchesterUniv.) Ko G.D.Rochester i C.C.Butler; Nature, 160, 855, (1947)  = 67op+ = 200300 MeVp- = 7001000 MeV π+ π- mV = 500600 MeV  = 10-1110-9s Pierwsza fotografia cząstki Vo

17. Donald Glaser 1960 Komora pęcherzykowa Glasera • D.Glaser, 1953 (1955 – 1985) • ekspansja przegrzanej cieczy • fotografia 4 • jednocześnie target i subst. robocza • pole magnetyczne • np.: H2, C3H8, CF2Cl2, Xe, ...

18. Gargamelle BEBC, 33.5 m3, H2, 3.5 T Komora pęcherzykowa

19. Analiza

20. K– (4.2 GeV) w komorze H2 K0 – + K– p  – K+ K0 – 0 K– 0  p – K– – 0

21. Cecil Frank Powell 1950 Emulsja jądrowa

22. produkcja i rozpad pierwszego zarejestrowanego i zidentyfikowanego hiperjądra wtórne kosmiczne emulsja jądrowaM.Danysz, J.Pniewski, 1952, UW p najczęściej hiperhel 5Hetypowy rozpad: 5He - + p + 4He (+ 34.6 MeV) p - + Ag-Br X 50 m pierwsze hiperjądro

23. scyntylator NaI(Tl) fotopowielacz

24. Detektor scyntylacyjny Tor cząstki jonizującej Impuls elektryczny Dynoda Scyntylacje Fotokatoda Strumień elektronów Scyntylator - + Dzielnik napięcia Fotopowielacz Wysokie napięcie ok. 1000V Obudowa detektora Osłona ołowiana Opracowanie: J. Pluta

25. detektor modułowy

26. demon E286 (nasz)

27. konstrukcja

28. CERN Komora iskrowa wyładowania iskrowe w miejscach jonizacji

29. Georges Charpak 1992 Komora drutowa

30. Komora drutowa linie sił pola elektrycznego drut anodowy katoda (-HV) Określenie współrzędnej x oddziałującej cząstki. Dwie komory o prostopadłych drutach - określenie współrzędnych x i y.

31. dryf elektronów - czas dotarcia sygnału do drutu anodowego czas przejścia cząstki przez licznik scyntylacyjny = czas dryfu tor cząstki Komora dryfowa pole elektryczne niemal jednorodne w całym obszarze komory trajektoria cząstki wysokie napięcie płytka katodowa drut anodowy licznik scyntylacyjny

32. Komora projekcji czasowej TPC (Time Projection Chamber)

33. Komora projekcji czasowej

34. to działa!

35. on line

36. ALICE - CERN

37. koniec

38. Oddziaływanie promieniowania  z materią • zjawisko fotoelektryczne • - oddziaływanie z elektronem związanym w atomie – całkowita absorpcja kwantu  • rozpraszanie komptonowskie • - rozpraszanie kwantu  na swobodnym elektronie – kwant  zmienia energię i kierunek ruchu • tworzenie par elektron-pozyton • - kwant  znika, a pojawia się para elektron-pozyton

39. Zjawisko fotoelektryczne hv – energia fotonu W – praca wyjścia elektronu m – masa elektronu υ – prędkość wybitego elektronu

40. Zjawisko Comptona λi –długość fali padającego fotonu λf –długość fali rozproszonego fotonu θ – kąt rozproszenia fotonu

41. Tworzenie par elektron-pozyton mec2 – energia spoczynkowa elektronu E + - energia kinetyczna pozytonu E - - energia kinetyczna elektronu EK – energia kinetyczna trzeciego ciała (najczęściej jądra atomowego)

42. Detekcja gamma ucieczka rozproszonego fotonu – częściowa strata energii rozpraszanie Comptona absorbcja w zjawisku fotoelektrycznym tworzenie par ucieczka fotonu 0,511 MeV pochodzącego z anihilacji

43. Widmo promieniowania gamma

44. Współczynnik osłabienia wiązki prom. gamma