1 FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnychWykład 6 – Detekcja cząstek

2 Detekcja cząstek rejestracja identyfikacja kinematyka

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

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

5 Wielokrotne rozpraszanieIntensywność wiązki w funkcji drogi przebytej w ośrodku: w wyniku procesów, w których cząstka traci znaczną część energii i wypada z wiązki x lnN(x) proces statystyczny: 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 Krzywa Bragga średnia gęstość jonizacji droga przebyta w absorbenciezasięg

9 Liczniki jonizacyjne cząstka naładowana jonizacja

10 Charakterystyka i przedziały pracy komory gazowej

11 Liczniki jonizacyjne obszar licznika G.- M. obszar proporcjonalnościobszar 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 Licznik proporcjonalnyJonizacja wtórna – impuls wzmocniony 102 – 104 razy Wysokość impulsu proporcjonalna do liczby jonów pierwotnych, a więc do energii cząstki. warunek – dobra stabilizacja napięcia anodowego

14 Licznik Geigera-MilleraDetektor 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 Detektory śladowe Komora mgłowa Wilsona:jonizacja w przechłodzonej parze rozprężenie adiabatyczne  przesycenie Charles Wilson ½

16 Pierwsza fotografia cząstki Vowtórne kosmiczne, h = 0 komora mgłowa B = 0.35 T, płytka 3’ Pb (Manchester Univ.) G.D.Rochester i C.C.Butler; Nature, 160, 855, (1947) π+ π- Ko  = 67o p+ = 200  300 MeV p- = 700  1000 MeV mV = 500  600 MeV  =  10-9 s

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

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

19 Analiza

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

21 Emulsja jądrowa Cecil Frank Powell 1950

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

23 scyntylator fotopowielaczNaI(Tl) fotopowielacz

24 Detektor scyntylacyjnyTor 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 Komora iskrowa wyładowania iskrowe w miejscach jonizacji CERN

29 Komora drutowa Georges Charpak 1992

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

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

32 TPC (Time Projection Chamber)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 materiązjawisko 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 fotoelektrycznehv – energia fotonu W – praca wyjścia elektronu m – masa elektronu υ – prędkość wybitego elektronu

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

41 Tworzenie par elektron-pozytonmec2 – 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