文档介绍：1 1第七章第七章量能器量能器?量能器就是用来测量粒子能量的探测器。同时也能给出粒子的位置、飞行方向。?入射粒子在量能器大块的介质中通过各种电磁相互作用或强相互作用把它们的能量沉积在探测器中,所沉积的能量通过介质中的灵敏部分转变为可测量的物理量,如电离电荷、闪烁光、契伦科夫光等。这些物理量的大小正比于入射粒子的能量。按灵敏层结构可分为?全吸收型(全灵敏型) :由一块均匀介质组成,它既是簇射介质, 又是对簇射次级粒子灵敏的探测器介质。如 NaI(Tl),CsI(Tl) 晶体?取样型:由簇射介质和探测器灵敏层相间堆砌而成。介质通常是铁(强子的量能器),铅(电磁量能器),灵敏层通常有塑料闪烁体,气体探测器,液体电离室等. ?按入射粒子和量能器物质的相互作用可分为?电磁量能器?强子量能器 2 2 ??随着粒子物理实验发展的需要,量能器已成为几乎所有粒随着粒子物理实验发展的需要,量能器已成为几乎所有粒子物理实验的关键探测器。具有下列重要特性: 子物理实验的关键探测器。具有下列重要特性: ??既能探测带电粒子又能探测中性粒子。既能探测带电粒子又能探测中性粒子。??对于电子、对于电子、??、强子具有不同的响应特征,可以提供粒子鉴别的信、强子具有不同的响应特征,可以提供粒子鉴别的信息。息。??可以分割为小单元,从而精确给出入射粒子的位置和方向。可以分割为小单元,从而精确给出入射粒子的位置和方向。??能量测量精度随能量升高而改善,与其它探测器不同。能量测量精度随能量升高而改善,与其它探测器不同。??量能器的几何尺寸随入射粒子能量的增加呈对数增长,而磁谱仪量能器的几何尺寸随入射粒子能量的增加呈对数增长,而磁谱仪的几何尺寸随动量的方根增长。所以在高能条件下,量能器可以的几何尺寸随动量的方根增长。所以在高能条件下,量能器可以有较小的尺寸。有较小的尺寸。??量能器的时间响应可以很快( 量能器的时间响应可以很快( 100ns 100ns ),可以在高计数率环境下),可以在高计数率环境下工作。工作。??可以利用能量沉积组成事例选择的触发信号,对感兴趣的事例进可以利用能量沉积组成事例选择的触发信号,对感兴趣的事例进行选择。如中性触发。行选择。如中性触发。 3 3§ § 7-1 7-1 电磁量能器( 电磁量能器( EMC EMC ) ) 一、电磁相互作用能损机制一、电磁相互作用能损机制?高能电子或光子通过介质,发生相互作用,高能电子韧致辐射产生?光子, 高能?光子产生正负电子对……,这样不断发生电子- ?光子-电子的级联过程,产生大量电子和?光子的现象。随着穿入介质厚度的增加,次级粒子的数目急剧增加,而每个电子、?光子的能量逐渐减小,减至光子能量不能再产生电子对时,电子能量小于临界能量 Ec ,簇射停止。这时电子通过电离损失能量, ?光子主要通过康普顿散射损失能量,最后被介质吸收。?一个初始能量为 E光子,在厚为 X 0的一层中有 54% 的几率产生正负电子对,这些带电粒子的能量为 E/2 。如果 E/2 > Ec ,这些电子和正电子以轫致辐射为主,在经过厚度仍为X 0的物质层后,带电粒子的能量减少到 E/(2e) ,轫致辐射光子的平均能量在 E/2e 和 E/2 之间。在厚度为 2X 0之后的平均粒子数目为 4。?经过 nX 0的物质层后,将近似产生 2 n个平均能量为 E/2 n的粒子产生,形成一个簇射。?当 E/2 n =Ec 时,簇射终止。此时共有 n max =ln(E/Ec)/ln2 代次级粒子。在簇射最大处:介质深度为 t max =ln(E/Ec)/ln2 X 0 ,粒子数目 N p =2 nmax =E/Ec ?电子和正电子在簇射中的积分路径近似地等于正比于初始能量 E c p nE EsXNsXS 00001 03 23 43 223 2?????????????? 4 4描写电磁簇射的一些物理量描写电磁簇射的一些物理量??辐射长度辐射长度 Z Z为物质原子序数, 为物质原子序数, A A为原子量为原子量??临界能量临界能量??电磁簇射的横向发展电磁簇射的横向发展电子在前进过程中会发生多次的库仑散射电子在前进过程中会发生多次的库仑散射, ,偏离原来的飞行方向。偏离原来的飞行方向。临界能量的电子经临界能量的电子经 1X 1X 0 0厚度后的横向偏离被定义为厚度后的横向偏离被定义为 Moliere Moliere 半径半径 R R M M: : )( 2180 0 2??? cm gX Z A对电子 800( ) c MeV EZ ?? 2 004 ( ) s M s e E R X E m c MeV E ??? ??常数能量 5 5 ??