ЧЕРЕНКОВСКИЙ СЧЁТЧИК

ЧЕРЕНКОВСКИЙ СЧЁТЧИК прибор для
регистрации заряженных частиц и y-квантов, в к-ром используется
Черенкова-Вавилова
излучение. Если заряженная частица движется в среде со скоростью v,
превышающей
фазовую скорость света для данной среды (с/n, n - показатель преломления
среды, с - скорость света в вакууме), то частица испускает черенковское
излучение. Последнее происходит в определённом направлении, причём угол
в между направлением излучения и траекторией частицы связан с v и
n
соотношением:

cos Q = с/vn = 1/Bn (B = v/c).
(1)

Интенсивность N черенковского излучения
на 1 см пути в интервале длин волн от A до Aвыражается
соотношением:

Здесь Z - заряд частицы (в единицах заряда
электрона).

В отличие от сцинтилляционного счётчика,
где
регистрируются частицы с любой скоростью, а излучение изотропно и запаздывает
во времени, в Ч. с. свет излучается только частицами, скорости к-рых v
>= с/n (B >=1/n) причём излучение происходит одновременно с их прохождением
и под углом Q к траектории частицы. С ростом скорости частицы (надпороговой)
растут угол в и интенсивность излучения. Для предельных скоростей, близких
к скорости света [(1 - B) << 1], угол в достигает предельного значения:
Vn). (3) Количество света, излучаемое
в Ч. с., как правило, составляет неск. % от светового сигнала сцинтилляционного
счётчика. Основные элементы Ч. с.: радиатор (вещество, в к-ром v > с/п),
оптич.
система, фокусирующая свет, и один или неск. фотоэлектронных умножителей
(ФЭУ),
преобразующих световой сигнал в электрический (см. рис.). Радиаторы изготавливают
из твёрдых, жидких и газообразных веществ. Они должны быть прозрачны к
черепковскому излучению и иметь низкий уровень сцинтилляций, создающих
фоновые сигналы. Стандартные материалы радиаторов: органическое стекло
(п
=1,5), свинцовое стекло (и = 1,5), вода (п
= 1,33).

Схема газового порогового черепковского
счётчика на 70Гэв ускорителя Института физики высоких энергий (СССР).
Черепковский свет собирается на катод ФЭУ с помощью оптической системы,
состоящей из плоского зеркала и кварцевой линзы.

Ч. с. получили широкое применение в экспериментах
на ускорителях заряженных частиц, т. к. они позволяют выделять частицы,
скорость к-рых заключена в определённом интервале. С ростом энергии ускорителей
и, следовательно, с ростом энергии частиц особенно широкое применение получили
газовые Ч. с., обладающие способностью выделять частицы ультрарелятивистских
энергий, для к-рых (1 - b)<<1· Угол излучения в в газе очень мал,
мала и интенсивность излучения на единицу пути. Чтобы получить вспышку
света, достаточную для регистрации, приходится увеличивать длину газовых
Ч. с. до 10 л и более. В газовых Ч. с. можно плавно менять показатель преломления,
изменяя давление рабочего газа.

Ч. с. существуют 3 типов: пороговые, дифференциальные
и счётчики полного поглощения. Основными характеристиками первых 2 типов
Ч. с. являются эффективность регистрации и разрешающая способность по скорости
частиц, т. е. способность счётчика разделять две частицы, двигающиеся с
близкими скоростями. Пороговый Ч. с. должен регистрировать все частицы
со скоростями, большими нек-рой (пороговой), лоэтому оптич. система такого
Ч. с. (комбинация линз и зеркал) должна собрать, по возможности, весь излучённый
свет на катод ФЭУ. Дифференциальные Ч. с. регистрируют частицы, движущиеся
в нек-ром интервале скоростей от vдо vВ
традиционных дифференциальных Ч. с. это достигается выделением оптич. системой
света, излучаемого в интервале соответствующих углов от V
до Vсвета, фокусирует свет, излучённый под углом V, в кольцо с радиусом R
= fV, (4) где f - фокусное расстояние линзы или зеркала. Если
в фокусе системы поместить щелевую кольцевую диафрагму, а за диафрагмой
один или неск. ФЭУ, то в такой системе свет будет зарегистрирован только
для частиц, излучающих свет в определённом интервале углов. В дифференциальных
Ч. с. с прецизионной оптич. системой можно выделить частицы, скорость к-рых
отличается всего на 10^-6 от скорости др. частиц. Такие Ч. с.
требуют особого контроля давления газа и формирования параллельного пучка
частиц.

Ч. с. полного поглощения предназначены
для регистрации и спектрометрии электронов и гамма-квантов. В отличие от
рассмотренных Ч. с., где частица теряла в радиаторе ничтожно малую долю
энергии, Ч. с. полного поглощения содержит блок радиаторов большой толщины,
в к-ром электрон или гамма-квант образует электронно-фотонную лавину и
теряет всю или большую часть своей энергии. Как правило, радиаторы в этом
случае изготавливают из стекла с большим содержанием свинца. В радиаторе
из такого стекла, например толщиной 40 см, может практически полностью
тормозиться электрон с энергией до 10 Гэв. Количество света, излучаемого
в Ч. с. полного поглощения, пропорционально энергии первичного электрона
или гамма-кванта. Разрешающая способность &E Ч. с. полного поглощения
(по энергии) зависит от энергии и для самых чувствительных ФЭУ может быть
выражена формулой:

где "E - энергия электрона в Гэв.

Лит.: Джелли Д ж., Черенковское
излучение и его применения, пер. с англ., M., 1960; Зрелое В. П., Излучение
Вавилова - Черенкова и его применение в физике высоких энергий, ч. 1 -
2, M., 1968. В. С. Кафтанов.