Электромагнитная калориметрия на основе радиационностойких кристаллов и стекол

Содержание
Введение. 4
1 Электромагнитные калориметры в экспериментах по физике высоких энергий. 11
1.1 Общие характеристики гомогенных электромагнитных калориметров. . . 11
1.2 Требования к кристаллам, применяемым в физике высоких энергий. . . 15
1.3 Современные электромагнитные калориметры на основе
сцинтилляционных кристаллов........................................... 19
1.3.1 Эксперимент L3.......................................... 19
1.3.2 Эксперимент KTeV........................................ 20
1.3.3 Эксперименты Belle и ВаВаг.............................. 20
1.3.4 Эксперимент CMS......................................... 21
1.3.5 Эксперимент ALICE....................................... 23
1.3.6 Эксперимент BTeV........................................ 24
1.4 Электромагнитная калориметрия на основе черепковских кристаллов. . . 27
2 Экспериментальные установки для исследования люминесцентных и оптических характеристик кристаллов и стекол. 30
2.1 Определение световыхода сцинтилляционных кристаллов и стекол. ... 30
2.2 Определение времени высвечивания сцинтилляционных кристаллов и стекол..................................................................... 34
2.3 Радиационные повреждения в кристаллах................................. 37
2.4 Измерение оптического пропускания и радиационной стойкости кристаллов. 43
2.5 Измерение радиационной стойкости кристаллов для малых доз облучения
в режиме on-line...................................................... 45
2.6 Методы выращивания неорганических монокристаллов...................... 46
3 Перспективные сцинтилляционные кристаллы для электромагнитных калориметров. 47
3.1 Фторндные кристаллы CeF3.............................................. 47
3.1.1 Световыход и время высвечивания кристаллов СеЬ\................. 47
3.1.2 Радиационная стойкость кристаллов CeF.3......................... 50
3.2 Кристаллы вольфрамата свинца PbW О\................................... 53
3.2.1 Оптические и люминесцентные характеристики кристаллов FWO,
выращенных во ВНИИ Синтеза Минерального Сырья................... 55
3.2.2 Радиационная стойкость кристаллов PWO........................... 58
3.2.3 Исследование прототипа электромагнитного калориметра на основе кристаллов PWO в электронном пучке............................... 65
4 Радиационностойкие черенковские кристаллы. 69
4.1 Черенковские фторидные кристаллы BaYb2Fs............................ 70
4.2 Кристаллы вольфрамата натрия - висмута NaBi(WO^)2................... 73
4.2.1 Улучшение оптических характеристик и радиационной стойкости
кристаллов NaBi(WO^)2......................................... 75
2
4.2.2 Расчеты энергетического разрешения электромагнитного калориметра на основе кристаллов МВН' методом Монте-Карло.................... 82
5 Тяжелые сцинтиллируюгцие фторидные стекла. 86
5.1 Сцинтиллирующие фторидные стекла - новые материалы доя электромагнитных калориметров................................................... 86
5.2 Исследование люминесцентных и радиационных характеристик фторид-ных стекол............................................................... 88
5.3 Повышение радиационной стойкости и световыхода фторидных стекол. . 92
5.4 Расчеты характеристик электромагнитного калориметра на базе фторидных стекол методом Монте-Карло........................................... 98
6 Установка HERMES на коллайдере HERA. 103
6.1 Физическая задача.................................................... 103
6.2 Поляризованный лептонный пучок........................................105
6.3 Газовая струйная мишень.............................................. 106
6.4 Детектор I1ERMES......................................................108
6.5 Задачи монитора светимости........................................... 111
7 Разработка и создание монитора светимости эксперимента HERMES. 115
7.1 Оптимизация дойны радиатора электромагнитного калориметра.............115
7.2 Исследование прототипа монитора светимости в электронном пучке. ... 118
7.3 Изготовление и процедура контроля кристаллов NaBi(W04)2...............122
7.4 Конструкция монитора светимости...................................... 123
7.4.1 Система мониторирования....................................... 126
8 Работа монитора светимости в составе установки
HERMES. 128
8.1 Калибровка и тестирование монитора светимости в электронном пучке. . 128
8.2 Система триггера и сбора данных.......................................137
8.3 Реконструкция координат и энергий частиц, попадающих в монитор светимости................................................................. 139
8.4 Калибровка с использованием событий упругого рассеяния электронов на ядрах мишени............................................................ 142
8.5 Измерение светимости в эксперименте HERMES............................144
8.6 Дополнительное применение монитора светимости.........................149
8.6.1 Определение положения первичного лептонного пучка............150
8.6.2 Измерение поляризации мишени с помощью монитора светимости. 152
8.6.3 Определение плотности газовой мишени...........................153
Заключение. 154
Благодарности. 156
Литература 157
3
Введение.
В современных экспериментах в области физики высоких энергий в качестве детекторов, измеряющих энергию электронов и фотонов, применяются электромагнитные калориметры. В гомогенных (однородных) электромагнитных калориметрах радиатор является активным детектором, преобразующим выделенную в нем энергию в сцинтилляционный свет, черенковское излучение или электрический заряд.
В дальнейшем будут рассматриваться только гомогенные электромагнитные калориметры на основе неорганических кристаллов (сцинтилляторов и черенковских радиаторов).
Как правило, электромагнитные калориметры на базе сцинтилляцион-ных кристаллов обеспечивают лучшее энергетическое разрешение в широком интервале энергий электронов и фотонов.
В течение ряда лет сцинтилляционные кристаллы Nal(Tl) были единственными для использования в многоканальной электромагнитной калориметрии. Эксперимент Crystal Ball, основу которого составляли 732 кристалла Nal(Tl), ярко продемонстрировал возможности калориметра с высоким энергетическим разрешением при исследованиях рождения очарованных частиц |1]. Надо отметить, что использование кристаллов Nal(Tl) в электромагнитной калориметрии существенно ограничивалось из-за их сильной гигроскопичности, а также больших радиационной длины и радиуса Мольера.
В связи с увеличением размеров экспериментов в электромагнитной калориметрии стали использоваться более плотные кристаллы CsI(Tl) и Bi\Ge%0\2 (ВСЮ). На базе этих кристаллов были созданы электромагнитные калориметры для прецизионного измерения энергий электронов и фотонов в экспериментах на е+е коллайдерах: L3 (BGO); Belle и ВаВаг (CsI(Tl)) [1]. Однако серьезным недостатком кристаллов CsI(Tl) и BGO было медленное высвечивание. Очевидно, что электромагнитные калориметры, создаваемые для новых коллайдеров, должны обладать высоким быстродействием, позволяющим уменьшить эффект наложения событий ("pile-up").
"Быстрые"сцинтилляторы, такие как BaF-i (т « 0.6 не) и CeF$ (г & 30 не), рассматривались как возможные кандидаты для использования в качестве радиаторов электромагнитных калориметров на коллайдерах SSC и LHC, однако эти кристаллы-фториды достаточно дороги |2].
4
В настоящее время тяжелые сцинтилляционные кристаллы PbWO4 являются наиболее используемыми в экспериментах по физике высоких энергий, но в ряде планируемых экспериментов кристаллы вольфрамата свинца не удовлетворяют требованиям к их радиационной стойкости (см. раздел 3.2).
Актуальность темы
В конце 80-х годов, в связи со строительством новых ускорителей на встречных пучках (УНК, SSC, LHC), особенно актуальным стал поиск новых перспективных материалов для электромагнитной калориметрии, способных работать в условиях высоких радиационных нагрузок (> 107 рад/год). Требования к материалам были довольно жесткими - кристаллы и стекла должны были обладать высокой плотностью, быстрым временем высвечивания и высокой радиационной стойкостью. Известно, что на коллайдере LHC (CERN,Женева) светимость достигнет 1034ем"2сек-1. Расчеты показывают, что для такой светимости радиационная наг'рузка и нейтронный флюенс в области электромагнитного калориметра эксперимента CMS для псевдобыстроты \rj\ = 3 составляют 15 Gy/час и 1014п/см2/год соответственно [3].
На существующих ускорительных комплексах также были востребованы радиационностойкие кристаллы для вновь создаваемых электромагнитных калориметров.
В 1993 г. на коллайдере HERA (DESY, Гамбург) начались работы по созданию эксперимента HERMES, нацеленного на изучение спиновых структурных функций нуклона с помощью глубоко-неупругого рассеяния поляризованных пучков лептонов на поляризованных газовых мишенях. Одним из важных компонентов установки HERMES должен был быть монитор светимости, расположенный в нескольких миллиметрах от первичного пучка и регистрирующий частицы от Bhabha (М011ег)-расссяния в режиме совпадений. Поэтому требования к монитору светимости были следующими: высокая радиационная стойкость (> 10е рад), высокое временное разрешение (< 10 нсек), стабильная работа в течение длительного времени набора данных. Так как монитор светимости должен был располагаться в ограниченном пространстве, то активные материалы для создания электромагнитных калориметров монитора светимости (кристаллы или стекла) должны были обладать малыми радиационной длиной и радиусом Мольера для обеспечения компактности и высокого пространственного разрешения. Выбор подходящего материала и создание полномасштабного монито-
5
ра светимости стали исключительно актуальной задачей.
С конца 80-х годов интенсивно исследовались различные фторидные и оксидные кристаллы, такие как PbF2, BaF2y CeF$} Bi\Ge^O\2y Gd2Si0^oy PbWOï и др., с целью их применения в радиационностойких электромагнитных калориметрах. Перспективные кристаллы изучались как специалистами, работающими в области физики высоких энергий, так и в области спектроскопии и выращивания кристаллов. В ЦЕРНе была организована коллаборация ’’Crystal Clear Collaboration”, чьей целью являлась разработка и изучение перспективных кристаллических материалов для применения их на коллайдере LHC.
В течение последних 20 лет группа Физического института имени П.Н. Лебедева во главе с автором данной работы вела разработку и исследования новых сцинтилляционных и черенковских кристаллов, а также сцин-тиллирующих фторидных стекол. Эти разработки проводились как для планируемых в то время экспериментов по физике высоких энергий на коллайдерах УНК, HERA и LHC, так и для вновь создаваемых экспериментальных установок.
Работа по поиску и изучению новых материалов проводилась совместно со специалистами по выращиванию кристаллов из институтов: ИКАН, ИОФРАН, ВНИИСИМС, ИФП РАН и ГИРЕДМЕТ.
Целью настоящей работы
являлась разработка и исследование новых радиационностойких материалов (кристаллов и стекол) для электромагнитных калориметров, создаваемых для экспериментов на ускорительных комплексах УНК, HERA и LHC, а также создание и ввод в эксплуатацию 2-х электромагнитных калориметров на основе тяжелых радиационностойких кристаллов NaBi(WО\)2у предназначенных для измерения светимости в эксперименте HERMES (DE-SY, Гамбург).
Научная новизна работы
Были исследованы люминесцентные характеристики и радиационная стойкость новых перспективных кристаллов и стекол с целью их использования на современных ускорителях. Ряд материалов: сцинтиллирующие фторидные стекла и кристаллы BaYb2Fs были предложены и изучены впервые. С помощью вновь найденных оптимальных добавок была существенно повышена радиационная стойкость кристаллов CeF3 и NaBi{WOÀ)2.
Впервые в мире был создан, включен в состав установки HERMES и
6
успешно эксплуатировался в течение 12 лет монитор светимости, состоящий из 2-х электромагнитных калориметров, изготовленных на основе новых радиационностойких кристаллов NraBi(W04)2-
Научная значимость и практическая ценность работы
состоят в том, что:
- Исследована радиационная стойкость новых черенковских и сцинтил-ляционных кристаллов (NaBi(W0^)2-, BaYlfyFs, CeF3, PbWO^), предназначенных для работы как на существующих ускорителях, так и на ускорительных комплексах нового поколения с еще большей энергией и интенсивностью пучков. Результаты исследований имеют особую значимость для подобного поиска новых кристаллов и стекол, так как заметно снижают затраты на выращивание серий опытных образцов.
- Разработан новый класс сцинтилляционных материалов - фторидные стекла на основе тяжелых металлов (HfF4 и др.). Перспективность использования таких стекол определяется в первую очередь экономическими соображениями, а именно, меньшими затратами на получение модулей электромагнитного калориметра. Очевидным преимуществом фторидных стекол по сравнению с кристаллами является то. что составы стекол можно легко менять в зависимости от необходимых параметров детектора и типа регистрируемых частиц.
- На примере кристаллов CeFz, NaBi(WO<\)2 показано, что повышение радиационной стойкости кристаллов целесообразно проводить путем поиска оптимальных добавок в исходное сырье, что является экономически выгодным способом по сравнению с многократной очисткой компонентов исходной шихты.
- Спроектированы, созданы и исследованы в электронном пучке DESY прототип монитора с веги мости и полномасштабные электромагнитные калориметры монитора светимости на основе новых радиационностойких кристаллов NaBiÇWOt) 2.
- В 1995 г. монитор светимости был введен в состав установки HERMES и успешно эксплуатировался в течение 12 лет в условиях высоких радиационных нагрузок. Монитор светимости кроме основной задачи - измерения светимости в эксперименте HERMES, использовался для наведения леп-тониого пучка на мишень, а также для измерения поляризации газовой мишени.
- Радиационностойкие кристаллы NaBi(W6)4)2 успешно работающие в мониторе светимости эксперимента HERMES стали широко использовать-
7
ся в DESY для создания других детекторов, предназначенных для работы вблизи первичного пучка коллайдера HERA (детектор мечения электронов монитора светимости эксперимента Н1 и калориметр продольного поляриметра эксперимента HERMES).
По материалам работы с кристаллами PbWO\ получен патент России №2202011 под названием “Способ получения сцинтилляционных монокристаллов вольфрамата свинца”, приоритет от 24 апреля 2002 г.
Апробация работы
Материалы, изложенные в работе, доложены на международных конференциях и совещаниях: совещание “Физика на УНК” (Протвино, 25-29 сент. 1990); 2-ая Международная конференция по калориметрии в физике высоких энергий (Италия, Капри, 14-18 окт. 1991); LHC семинар (Протвино, 27-29 мая 1992); Международный семинар по тяжелым сцинтилляторам для научных и промышленных применений “Crystal 2000” (Франция, Шамони, 22-26 сент. 1992); Международная конференция по структуре ба-рионов (США, Санта Фе, 3-7 окт. 1995); Европейская конференция по люминесцентным детекторам и преобразователям ионизирующего излучения “Lumdetr’2000” (Латвия, Рига, 21-24 авг. 2000); Национальная конференция по росту кристаллов (Москва, ИКАН, окт. 2000); Научная конференция Отделения ядерной физики Российской Академии Наук (Москва, ноябрь 2000); Международные конференции но неорганическим кристаллам и их применению (“SCINT”) 1995, 1999, 2001, 2003, 2007 годов.
Результаты, полученные в работе, обсуждались также на заседаниях международных коллабораций CMS, HERMES, Crystal Clear Collaboration (CERN), на научных семинарах в Лаборатории Резерфорда (Англия) и в Лаборатории Немецкий Синхротрон (DESY, Германия).
Вклад автора
Автор принимал активное и лидирующее участие на всех этапах настоящей работы. Руководил работами по исследованию новых материалов для электромагнитной калориметрии, а также по созданию и вводу в эксплуатацию монитора светимости эксперимента HERMES. Под руководством автора защищена кандидатская диссертация, входящая в этот цикл исследований.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Создание многофункциональной установки для исследования сцинтилляционных и оптических характеристик кристаллов и стекол.
8
2. Результаты исследований оптического пропускания и радиационной стойкости кристаллов CeF$, BaYb2F$ и NaBi{WO±)2, легированных оптимальными добавками .
3. Способ повышения радиационной стойкости кристаллов PbW0\ путем их отжига в атмосфере чистого инертного газа.
4. Результаты измерений люминесцентных и оптических характеристик новых сцинтиллирующих фторидных стекол.
5. Исследования в электронном пучке DES Y прототипов электромагнитных калориметров на основе кристаллов NaBi{WO^)2 и PbWО4.
G. Разработка и создание монитора светимости эксперимента HERMES на основе радиационностойких кристаллов NaBi{WÖ^2-
7. Результаты измерений энергетического и пространственного разрешения электромагнитных калориметров монитора светимости в области энергий электронов 1 — 6 ГэВ.
8. Методика измерения светимости в эксперименте HERMES.
9. Метод определения положения лептонного пучка коллайдера HERA с помощью калориметров монитора светимости.
Структура и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав основного содержания, заключения, а также списка цитируемой литературы, включающей 162 ссылки. Объем диссертации составляет 170 страниц, 72 рисунка, 12 таблиц.
В первой главе рассматриваются общие характеристики гомогенных электромагнитных (ЭМ) калориметров, а также дается обзор наиболее известных экспериментов физики высоких энергий, где используются ЭМ калориметры на основе неорганических кристаллов.
Во второй главе дано описание экспериментальных установок и методов исследования оптических и люминесцентных характеристик кристаллов и стекол, а также их радиационной стойкости.
Третья глава посвящена исследованию перспективных сцинтилляцион-ных кристаллов CeF$ и PbW О4.
В четвертой главе представлены результаты исследования радиационностойких черенковских кристаллов - радиаторов для электромагнитных калориметров ВаУЬ2Р$ и NaBi{WОа)2-
Пятая глава посвящена разработке и исследованиям нового сцинтилля-ционного материала - тяжелых сцинтиллируюших фторидных стекол на основе HfF,4.
9
В шестой главе приводится описание эксперимента HERMES, в котором для измерения светимости в течение 12 лет использовались радиационно-стойкие кристаллы NaBi(WOi)2-
Седьмая глава посвящена разработке и созданию электромагнитных калориметров монитора светимости.
В восьмой главе приводится описание работы монитора светимости в составе эксперимента HERMES.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы.
По результатам диссертации опубликованы в виде статей, препринтов, докладов 33 работы: [9, 60. 63, 91, 92, 93, 94, 95, 98, 99, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 115, 116, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 128, 131, 132, 134, 151, 154, 158, 161].
10
1 Электромагнитные калориметры в экспериментах по физике высоких энергий.
1.1 Общие характеристики гомогенных электромагнитных калориметров.
Принцип действия гомогенного электромагнитного калориметра основан на измерении энергии, поглощенной кристаллическим радиатором при попадании в него электронов и фотонов.
Рассмотрим основные процессы, приводящие к потерям энергии электронов и фотонов при их прохождении через радиатор ЭМ калориметра.
Фотоны, проходя через вещество радиатора, расходуют свою энергию на рождение электронно-позитронных пар. Быстрые электроны, в основном, теряют свою энергию на излучение фотонов в кулоновском поле ядра. Оба этих процесса тесно связаны и характеризуются одним и тем же параметром - радиационной длиной Xq. Радиационная длина Xq равна толщине поглотителя, на которой первоначальная энергия электрона уменьшается в е раз. Для Z > 13 оценку величины Xq с точностью ~ 80% можно получить из соотношения [4]:
Хо ~ 180 • A/Z2 (1-1)
Процесс поглощения энергии налетающего фотона(электрона) происходит в виде развития электромагнитного ливня через тормозное излучение и образование пар. Причем на каждой следующей ступени развития ливня число частиц возрастает, а их средняя энергия убывает. В ходе этого процесса все большее число электронов попадает в энергетическую область
Ее < « (580/2)МэВ, (1-2)
где потери на излучение уступают место потерям на ионизацию и возбуждение, и электромагнитный ливень начнет затухать. Если модуль калориметра будет иметь достаточно большие размеры, электромагнитный ливень пройдет в нем полную стадию развития и затухания. Очевидно, что механизм образования ливня одинаков как для фотонов, так и для электронов (позитронов).
11
Для ориентировочной оценки размеров радиаторов, необходимых для полного поглощения энергии падающего фотона(электрона), можно воспользоваться результатами теории каскадных ливней [5]. Электромагнитный ливень в продольном направлении можно охарактеризовать такими параметрами, как средний продольный размер ливня (£те<*)> положение максимума ливня (ітах) и средний полный пробег ливневых частиц Т:
где гте</ , 1тах ? Т измеряются в радиационных длинах Х0: а Е— энергия первичной частицы.
Так как утечка электромагнитного ливня из радиатора калориметра всегда имеет место, обычно считается приемлемой такая длина радиатора, когда в нем выделяется 98% энергии ливня. Длина поглощения 98% полной энергии первичной частицы определяется как |4]:
Таким образом, положение максимума ливня и размер радиатора калориметра Ь(98%Е) увеличиваются логарифмически с ростом начальной энергии, что является важным моментом при создании ЭМ калориметров. Более детально конструкцию и характеристики кристаллического калориметра для конкретной задачи можно оценить только путем моделирования методом Монте-Карло ливневых процессов в кристаллах, когда учитывается спектральный состав электромагнитного ливня в поперечном и продольном направлении. Кроме того, при моделировании характеристик ЭМ калориметров необходимо учитывать: поглощение света в радиаторах калориметра, показатель преломления кристалла п(А), эмиссионный спектр, качество полировки кристаллов и отражающих материалов, наличие пассивных материалов и зазоров между кристаллами, характеристики выбранного фотодетектора и т.д.
(1.3)
(1.4)
(1.5)
Ь{98%Е) = З*™«! Е < 10 ГэВ Ь(98%Е) = 2Мте4 ЮГэВ < Е < ЮОГэВ
(1.6)
12
Расчеты показывают, что энергетическое разрешение ЭМ калориметра будет улучшаться с увеличением длины радиатора, если в нем не учитывается поглощение света. При учете поглощения света в материале радиатора калориметра существует оптимум по длине радиатора, когда энергетическое разрешение минимально (рис. 1). Более подробно вопросы моделирования ЭМ калориметров освещены в разделах 4.2.2 и 7.1.
I 30 Р«0 т»\г1х, 2.2x2.2 ст' сгуоиі Ых* . 10 Оеч «Іесіїоп Ссат
Рис. 1: Энергетическое разрешение электромагнитного калориметра на основе кристаллов РЬ\УО4 в зависимости от их длины.
Энергетическое разрешение электромагнитных калориметров на основе кристаллов обычно парамстризуется формулой [2]:
<*Е йо а\
~е~7ефёф’ С1-7)
где знак 0 - означает квадратичную сумму. "Стохастический" член ао, определяемый статистикой фотоэлектронов, зависит от световыхода кристалла, собирания света на фотокатод и площадью кристалла, просматриваемой фотоприемником.
13
"Шумовой" член а\- отражает энергетический эквивалент шумов электроники, а также флуктуацию энергетического спектра фоновых частиц, попадающих в калориметр.
"Постоянный" член Ъ- содержит несколько вкладов:
Ьь~ отражает геометрический эффект, включая продольную и поперечную утечку ливня из калориметра, а также поглощение ливня инертным материалом, расположенным перед калориметром и между его ячейками;
Ьс- представляет собой вклад, связанный с погрешностью относительной калибровки каналов калориметра;
бдг- связан с неоднородностью светосбора в зависимости от расстояния точки высвечивания до фотоприемника. Из-за флуктуаций продольных и поперечных размеров электромагнитного ливня неоднородность светосбора приводит к ухудшению энергетического разрешения.
Электромагнитные калориметры с годоскопической структурой дают возможность определить координату точки входа частицы в калориметр, а также направление ее импульса. Наиболее простым методом определения координат центра ливня является метод центра тяжести сигналов ячеек
где Х{ и Е{— координата центра и энерговыделение для г—ячейки.
Для получения несмещенной оценки координат центра ливня необходимо учитывать поперечную структуру ливня, которая зависит от материала ячеек калориметра (см. раздел 8.1).
Чем больше количество ячеек калориметра, по которым производится суммирование сигналов методом центра тяжести, тем выше точность реконструкции события. Таким образом, пространственное разрешение калориметра зависит от его внутренней структуры (размеров ячейки). Хорошее пространственное разрешение, необходимое для разделения е/тг и двойных 7, требует малых размеров ячейки, тогда как поперечная вытечка электромагнитного ливня требует больших ее размеров. Оптимальный размер ячейки является компромиссом между хорошим пространственным разрешением и количеством каналов (и, следовательно, стоимостью) калориметра. Обычно размер ячейки выбирают приблизительно равным радиусу Мольера Ям-
Ь = Ьь ф Ьс 0 Ьдг,
(1.8)
(1.9)
14
В пучках частиц большой интенсивности решающее значение приобретает временное разрешение электромагнитного калориметра, которое, прежде всего, зависит от времени высвечивания исследуемого сцинтиллятора. Короткое время высвечивания, т.е. высокое быстодействие, позволяет уменьшить эффект наложения событий ("pile-up"). Поэтому, в связи с появлением новых ускорительных комплексов с высокой интенсивностью, требование короткого времени высвечивания стало одним из основных, наряду с высокой радиационной стойкостью.
1.2 Требования к кристаллам, применяемым в физике высоких энергий.
В таблицах 1 и 2 приведены основные характеристики неорганических кристаллов (сцинтилляторов и черенковских радиаторов), используемых в электромагнитной калориметрии. При составлении таблиц 1 и 2 использовались данные источников: [1, б, 7, 8, 9, 10, 11, 12).
Хорошо известны основные требования к неорганическим кристаллам, которые предполагается использовать в ЭМ калориметрии (1):
- высокая плотность;
- короткое время высвечивания;
- высокий световыход;
- прозрачность для сцинтилляционного или черепковского света;
- совместимость с существующими фотодетекторами;
- высокая радиационная стойкость;
- низкий показатель преломления;
- негигроскоиичность;
- возможность организации крупномасштабного производства;
- низкая стоимость производства.
С другой стороны, требуемые характеристики ЭМ калориметров и кристаллов для них определяются конкретной физической задачей и областью энергий первичных частиц.
Приведем дополнительные комментарии по поводу данных, указанных в таблицах 1, 2.
Размеры кристаллов, применяемых в ЭМ калориметрах, зависят от их радиационной длины Xq и радиуса Мольера Rm. Плотные кристаллы, имеющие малую радиационную длину, эффективно поглощают продольную
15