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应用领域

碰撞型实验装置

碰撞型实验装置中,电子和质子等一次粒子被加速器加速到高能量,然后发生正面碰撞,产生二次粒子,观察这些粒子的能量、速度、运动量等。用光电倍增管进行粒子检测的方法有辐射计数器、TOF计数器、热量计和切伦柯夫计数器等。

 
 Fig.1  碰撞型实验装置举例

辐射计数器

Fig. 2是辐射计数器的概要图。由图所示,使用光电倍增管测定带电粒子通过两层垂直放置的塑料闪烁体时的位置和时间。

 
Fig. 2   辐射计数器的简化图
TOF计数器

TOF计数器是测定粒子的飞行时间(TOFTime of Flight,识别粒子的探测器。Fig. 3 所示为概要图。一次粒子正面碰撞时产生二次粒子。测试这些二次粒子及TOF计数器的时间,就可测出这些粒子的速度。通常是在细长的塑料闪烁体两端配置光电倍增管。这些闪烁体围绕碰撞点成圆筒状排列分布。

 
 Fig. 3  TOF计数器的构成和整体图
热量计

热量计是测试电子、光子和强子等二次粒子能量的装置。其构成如Fig. 4 所示。和TOF计数器相同,围绕碰撞点进行设置。在热量计中,粒子的能量从物质中放出来,这些能量再转换成光和电荷量进行检测。通常是无机闪烁体、铅玻璃和光电倍增管组合使用。最近,为代替无机闪烁体,也使用铁和铅等重金属和塑料闪烁体多层叠放构造的采样热量计。

 
 Fig. 4  热量计的构成和整体图
切伦科夫计数器

具有一定程度以上的高能量、高速的带电粒子,入射到叫作辐射体的物质上时,发出切伦柯夫光。切伦柯夫光是一种冲击波,发生的光以环状向前进的方向传播。从这个环的大小和亮度,可以识别粒子的种类和能量。

Fig. 5 是一种切伦柯夫计数器RICHRing Image Cherenkov counter)的概要图。具有一定程度以上能量的粒子入射到辐射体上,发生切伦柯夫光。这个光反射到镜子上,用相反一侧放置的光检出器阵列测试环状大小的装置,进行粒子种类和能量的辨别。

 
Fig. 5   RICH示意图
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