Cel. Pomiar wierzchołków oddziaływań. Badanie topologii przypadków. Pomiar pędów (ładunku) Pomoc w identyfikacji cząstek (e, µ, γ)

Podobne dokumenty
Identyfikacja cząstek

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 7 Detekcja cząstek

Marek Kowalski

LICZNIKI PROPORCJONALNE

Fizyka cząstek elementarnych

T E B. B energia wiązania elektronu w atomie. Fotony

Theory Polish (Poland)

Ćwiczenie nr 5 : Badanie licznika proporcjonalnego neutronów termicznych

I.4 Promieniowanie rentgenowskie. Efekt Comptona. Otrzymywanie promieniowania X Pochłanianie X przez materię Efekt Comptona

Tomasz Szumlak WFiIS AGH 11/04/2018, Kraków

Compact Muon Solenoid

CHARAKTERYSTYKA LICZNIKA GEIGERA-MÜLLERA I BADANIE STATYSTYCZNEGO CHARAKTERU ROZPADU PROMIENIOTWÓRCZEGO

Detektory cząstek. Procesy użyteczne do rejestracji cząstek Techniki detekcyjne Detektory Eksperymenty. D. Kiełczewska, wykład 3

Pracownia Jądrowa. dr Urszula Majewska. Spektrometria scyntylacyjna promieniowania γ.

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

Ćwiczenie LP2. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 25 października 2009

Detektory cząstek. Procesy użyteczne do rejestracji cząstek Techniki detekcyjne Detektory Przykłady użycia różnych technik detekcyjnych.

Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe

Fizyka czastek: detektory

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Detekcja cząstek

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

Różne dziwne przewodniki

promieniowania Oddziaływanie Detekcja neutronów - stosowane reakcje (Powtórka)

Wszechświat czastek elementarnych

Ćwiczenie nr 50 CHARAKTERYSTYKA LICZNIKA GEIGERA-MÜLLERA I BADANIE STATYSTYCZNEGO CHARAKTERU ROZPADU PROMIENIOTWÓRCZEGO

Ćwiczenie 3. POMIAR ZASIĘGU CZĄSTEK α W POWIETRZU Rozpad α

Wyznaczanie energii promieniowania γ pochodzącego ze. źródła Co metodą absorpcji

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Badanie licznika Geigera- Mullera

Metody eksperymentalne w fizyce wysokich energii

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Metody i Techniki Jądrowe

Oddziaływanie cząstek z materią

(2) Zastosowanie fluorescencji rentgenowskiej wzbudzanej źródłami promieniotwórczymi do pomiarów grubości powłok

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

Wszechświat czastek elementarnych Detekcja czastek

Łukowe platerowanie jonowe

Detektory gazowe w polu magnetycznym.

Natężenie prądu elektrycznego

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

WŁAŚCIWOŚCI IDEALNEGO PRZEWODNIKA

Tomasz Szumlak WFiIS AGH 05/05/2017, Kraków

Seminarium. -rozpad α -oddziaływanie promienowania z materią -liczniki scyntylacyjne. Konrad Tudyka

OCHRONA RADIOLOGICZNA 2. Osłony. Jakub Ośko

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

Rozdział 9 Przegląd niektórych danych doświadczalnych o produkcji hadronów. Rozpraszanie elastyczne. Rozkłady krotności

Dozymetria promieniowania jonizującego

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Czym jest prąd elektryczny

Ćwiczenie 57 Badanie absorpcji promieniowania α

Ćwiczenie ELE. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 3 grudnia Rys.1 Schemat wzmacniacza ładunkowego.

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Ćwiczenie nr 4. Wyznaczanie energii cząstek alfa metodą emulsji jądrowych.

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Ćwiczenie 9. Pomiar bezwględnej aktywności źródeł promieniotwórczych.

IV.4.4 Ruch w polach elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Spektrometry magnetyczne

Oddziaływanie Promieniowania Jonizującego z Materią

Metody liniowe wielkiej częstotliwości

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Wszechświat czastek elementarnych Detekcja czastek

Ćwiczenie nr 2. Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji

dr inż. Zbigniew Szklarski

SPEKTROMETRIA CIEKŁOSCYNTYLACYJNA

Wyznaczanie czasu martwego licznika Geigera-Müllera metodą dwóch

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

Tomasz Szumlak WFiIS AGH 03/03/2017, Kraków

J14. Pomiar zasięgu, rozrzutu zasięgu i zdolności hamującej cząstek alfa w powietrzu PRZYGOTOWANIE

J6 - Pomiar absorpcji promieniowania γ

3.5 Wyznaczanie stosunku e/m(e22)

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

II. KWANTY A ELEKTRONY

Jak działają detektory. Julia Hoffman

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Geometria Struny Kosmicznej

OBRAZOWANIE ORAZ BADANIE ROZMIARÓW I POŁOŻENIA OBIEKTÓW NAŚWIETLONYCH PROMIENIOWANIEM X

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Oddziaływania elektrosłabe

Ćwiczenie nr 5. Pomiar górnej granicy widma energetycznego Promieniowania beta metodą absorpcji.

Wyznaczanie współczynnika rozpraszania zwrotnego. promieniowania β.

Zespół Zakładów Fizyki Jądrowej

1. Wcześniejsze eksperymenty 2. Podstawowe pojęcia 3. Przypomnienie budowy detektora ATLAS 4. Rozpady bozonów W i Z 5. Tło 6. Detekcja sygnału 7.

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

Fizyka współczesna. Pracownia dydaktyki fizyki. Instrukcja dla studentów. Tematy ćwiczeń

Prawo rozpadu promieniotwórczego. Metoda datowania izotopowego.

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania gamma

Szkoła z przyszłością. Detektor Geigera-Müllera narzędzie do pomiaru podstawowych cech promieniowania jonizującego

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Elektryczność i Magnetyzm

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

Odp.: F e /F g = 1 2,

Doświadczenie nr 7. Określenie średniego czasu życia mionu.

Zderzenia. Fizyka I (B+C) Wykład XVI: Układ środka masy Oddziaływanie dwóch ciał Zderzenia Doświadczenie Rutherforda

Transkrypt:

Pomiar torów w cząstek Cel Pomiar wierzchołków oddziaływań pomiar czasów życia preselekcja oddziaływań wybranej klasy Badanie topologii przypadków krotności rozkłady kątowe Jety Pomiar pędów (ładunku) spektrometry magnetyczne Pomoc w identyfikacji cząstek (e, µ, γ) liczniki Czerenkowa kalorymetry spektrometry mionów

Topologia przypadków Różne topologie przypadków rozpadu cząstki Higgsa (z wiodącym leptonem) Higgs WW Mixed EW-QCD Higgs

Pomiar pędów p w cząstek Pomiar zakrzywienia w polu magnetycznym p = 03.B.ρ GeV/c ρ = L 2 /8s B natężenie pola magnet. w T ρ - promień krzywizny toru w m p = 0.3.B.L 2 /8s s ugięcie toru (sagitta) δp/p = A N.σ x /L 2.p/0.3B dokładność pomiaru pędu σ x dokładność pomiaru współrzędnej toru A N = 720/(N + 5) dla dużej ilości punktów pomiarowych dla p = 1 GeV/c, B=1T, L=1m, σ x = 200 µm, N = 10, dp/p meas 0.5%

Pomiar pędów p w cząstek Zdolność rozdzielcza spektrometru magnetycznego p/p = -p. α/e.b.l α= σ x. (1/L 1 2 + 1/L 2 2 ) Rozpraszanie wielokrotne (Coulombowskie) Θ o = 13.6 MeV/βcp. z. x/x o [1+0.038 ln(x/x o )] z ładunek cząstki x/x o grubość mat. w długościach rad. dp/p MS 0.05/B. β. (X o.l) w Ar dla B=1T,L=1m, dp/p MS 0.5%

Zjawiska w gazach jonizacja pierwotna i wtórna ruch elektronów i jonów w polu elektrycznym wzmocnienie gazowe i wyładowania w gazie kształtowanie się impulsu elektrycznego Komory proporcjonalne i dryfowe komory proporcjonalne komory dryfowe Komory projekcji czasowej Komory mikropaskowe Komory o małej odległości anoda-katoda

- zjawiska w gazach - Jonizacja pierwotna i wtórna Straty na jonizację de/dx ~ z 2 /β 2.[ln β 2 γ 2 /I 2 δ(γ)] Ilość powstałych par jonów βγ = p/mc I średni potencjał jonizacji I 16 (Z med ) 0.9 ev, I H 13.5 ev n całk = E/w i w i energia potrzebna na wyprodukowanie pary jonów Dla mieszanin n całk = E j /w j.p j p j zawartość parcjalna składników

- zjawiska w gazach - Straty na jonizację cząstki naładowane najbardziej prawdopodobne de/dx Ar +10% CH 4 de/dx min 2 MeV g/cm 2 dla βγ 3 p 3 Gev/c, e 2 Gev/c rozkład Landau a

- zjawiska w gazach - Jonizacja pierwotna i całkowita Gaz de/dx I w i j p n p (ev/cm) (ev) (ev) (par/cm) (par/cm) H 2 360 21.8 37 4 10 He 320 41.8 41 8 8 Ne 750 13.7 36 Ar 2440 18.8 26 29 86 BF 3 3300 44 Xe 3570 22 CO 2 1500 34 34 44 C 4 H 10 5300 31 46 171

- zjawiska w gazach - Absorbcja kwantów gamma

- zjawiska w gazach - Absorbcja kwantów gamma

- zjawiska w gazach - Jonizacja pierwotna - statystyka (Poisson) Prawdopodobieństwo pojawienia się k - elektronów przy średniej n (n=n p ) P kn = (n k /k!).e -n np. dla Ar+30% Isobutan n p. = 34 par/cm; niewydajność P 0 34 10-15 = 1-ε ale dla 1 mm P 0 3.4 3.3% = 1-ε Prawdopodobieństwo znalezienia pary jonów w odległości x P i = n.e -n.x daje informację o rozkładzie czasowym

- zjawiska w gazach - Jonizacja pierwotna elektrony δ Elektrony z dużym przekazem pędu Powodują dalszą jonizacje duży sygnał (rozkład Landau a) Rozmywają informację o pierwotnym torze zasięg, sygnał

- zjawiska w gazach - Dryf elektronów i jonów w polu elektrycznym Ruchliwość µ = v/e v prędkość dryfu, E natężenie pola elektrycznego dla jonów µ rzędu 1-10 cm 2 s -1 V -1 ; v rośnie liniowo z E dla elektronów µ rzędu 10 3-10 4 cm 2 s -1 V -1 ; nieliniowa zależność od E nasycenie Dryf w polu magnetycznym E H v E E H tg α H = 2vH/E Dyfuzja α H kąt Lorenz a (w gazach może być znaczny) σ x = 2Dt = 2D/v D - współczynnik dyfuzji zależny od E/p

- zjawiska w gazach - Dryf elektronów i jonów w polu elektrycznym

- zjawiska w gazach - Dryf elektronów i jonów w polu elektrycznym

Wzmocnienie gazowe Detektory gazowe - zjawiska w gazach - Powielanie jonizacji w silnych polach elektrycznych Jeśli pierwotnie n o par jonów to po x cm N = n o e α.x α - pierwszy współczynnik Townsend a (liczba par jonów wyprodukowana przez 1 elektron na drodze 1 cm) 1/α - średnia droga swobodna Współczynnik wzmocnienia gazowego M = n/n o = e α.x α = f(e/p) W liczniku cylindrycznym, gdzie α = α(x) M = exp [ x1 x2 α(x)dx] Przy dużych n.m (lokalnie n.m>10 6 ) obserwuje się efekt ładunku przestrzennego i redukcję współczynnika wzmocnienia gazowego

Wzmocnienie gazowe Detektory gazowe - zjawiska w gazach - Pole elektryczne w cylindrycznym liczniku E (r) = CV o /2πε o.1/r

- zjawiska w gazach - Wyładowania streamerowe, Geigera-Mullera i iskrowe Rozwój lawiny nie tylko poprzez zderzenia elektronów, ale i poprzez fotony streamery rozwijają się w przypadku gdy silne pole elektryczne rozciąga się na większym obszarze przy anodzie, a mieszanina ma dobre własności gaszące (C 2 H 6, C 4 H 10 ) przy jeszcze silniejszych polach wyładowanie rozchodzi się wzdłuż drutu anodowego reżim G-M wyładowanie iskrowe rozwija się między anodą i katodą w geometrii płaskiej Ograniczanie wyładowań Domieszka składnika gaszącego Rozdzielenie obszarów jonizacji i wzmocnienia Ekranowanie Dobór materiału katody (fotoefekt)

- liczniki Geigera-Mullera Mullera- Rozwój w latach 1940-60 Liczniki cylindryczne o dużych średnicach Zastosowanie domieszek ( brudów ) gaszących wyładowanie Wykorzystanie w badaniach promieniowania kosmicznego Hodoskopy licznikowe Rzadkie zdarzenia Duży sygnał

- komory iskrowe- Rozwój w latach 1960-1970 Pozwalały na rejestracje tylko wybranych przypadków ( trygger ) Początkowo iskry były filmowane, w dalszej kolejności zastosowano odczyt bezfilmowy : akustyczny magnetyczny magnetostrykcyjny pojemnościowy Wady tych komór: stosunkowo długi czas martwy (wyładowanie iskrowe kreuje bardzo dużą ilość jonów, które wymagają neutralizacji)

- komory iskrowe-

- zjawiska w gazach - Wzmocnienie gazowe w liczniku cylindrycznym i w komorze proporcjonalnej

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Wzmocnienie gazowe w liczniku cylindrycznym i w komorze proporcjonalnej

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Kształtowanie się impulsu elektrycznego

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Kształtowanie się impulsu elektrycznego Dla licznika cylindrycznego dv = Q/lCV o. dv/dr dr v (elektronów) = a a+λ dv = -Q/2πε o l. ln (a+λ)/a v (jonów) = a+λ b dv = -Q/2πε o l. ln b/(a+λ) λ - odległość od anody, gdzie powstaje lawina, λ 1µm a promień anody licznika (drutu), a 10 µm b promień katody (cylindra), b 10 mm v (elektronów) /v (jonów) 0.01 Sygnał jest wynikiem ruchu jonów dodatnich v + (t) = - Q/4πε o l.ln(1+t/t o ) W komorze proporcjonalnej i (t) = q.q/v. t o /(t + t o ) t o 1.8 ns dla Ar (zależy od geometrii, napięcia, rodzaju gazu) Sygnały są niewielkie, a ich odczyt jest możliwy dzięki zastosowaniu wzmacniaczy na każdej elektrodzie

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Impuls elektryczny z komory proporcjonalnej Impulsy prądowe (na małym oporniku) Długie ogony są wynikiem małej mobilności jonów

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Pierwsze komory proporcjonalne Mimo iż proporcjonalne to były stosowane głównie do pomiaru trajektorii cząstek Przestrzenna zdolność rozdzielcza σ x = s/ 12 - gdzie s jest odstępem między anodami

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Pierwsze komory proporcjonalne w Polsce (IFJ Kraków)

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Komory z odczytem katodowym Ładunki indukują się na anodzie i katodzie Ładunek na anodzie ma swój odpowiednik na otaczających elektrodach Rozkład ładunku na katodzie ma szerokość proporcjonalną do odstępu anodakatoda Przy katodzie dzielonej na paski, miejsce powstania lawiny można zrekonstruować metodą ważenia analogowych sygnałów

Komory dryfowe Detektory gazowe - wielodrutowa komora proporcjonalna- Konstrukcja Dokładnośc - fluktuacje statystyczne -dyfuzja - parametry elektroniki

- wielodrutowa komora proporcjonalna- Wydajność komór i ich szumy