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6-1切伦科夫探测器

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应用天然^(32)Si测定地下水年龄的新方法——切伦科夫计数法

应用天然^(32)Si测定地下水年龄的新方法——切伦科夫计数法

应用天然^(32)Si测定地下水年龄的新方法——切伦科夫计数法刘存富;王佩仪;周炼【期刊名称】《地质科技情报》【年(卷),期】1996(15)2【摘要】^(32)Si是放射性同位素,它衰变时发射低能量(≈0.1MeV)的β—射线(电子)并生成子体^(32)P。

^(32)P是一个常用的放射性同位素,衰变时发射高能量(1.7MeV)的β—射线,半衰期为14.3d,容易测量,因此使^(32)Si的放射性测量变得较为方便。

^(32)Si和^(32)P在2～3个月内可达到放射性平衡。

^(32)P的放射性通常用切伦科夫计数法测量。

应用^(32)Si作为示踪剂测定地下水年龄范围为50～1000a,大约需要200mg Si。

用Fe(OH)_3共沉淀法从天然水中提取SiO_2回收率可达60%～95%,然后提取^(32)P。

将H_3PO_4溶液和TritonX-100混合制备计数溶液,用液体闪烁计数法测量^(32)P的放射性,最后用公式计算^(32)Si的放射性浓度。

【总页数】6页(P83-88)【关键词】切伦科夫计数;地下水年龄;硅同位素定年;放射线同位素【作者】刘存富;王佩仪;周炼【作者单位】中国地质大学【正文语种】中文【中图分类】P641.7【相关文献】1.地下水32硅年龄的测定方法--液体闪烁计数法 [J], 周炼;刘存富;王佩仪2.切伦科夫计数法测量β放射性核素的研究 [J], 李大明;郭景儒;张淑兰;刘大鸣;崔安智3.地下水32Si年龄测定方法：液体闪烁计数法 [J], 刘存富;王佩仪4.用切伦科夫计数法确定破损元件组件 [J], 郭聚豪;董师元;冯玉英5.用切伦科夫计数法确定反应堆燃料元件破损 [J], 郭聚豪;董师元;冯玉英因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

【国家自然科学基金】_高速光传输_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731

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2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2014年 科研热词 高速光通信系统 马赫-曾德干涉仪 非线性光环镜(nolm) 集成光学 热光开关 有限元法 时域有限差分法 受抑全内反射 光时钟提取 光时分复用(otdm) 光学器件 90°弯曲波导 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 频谱利用率 长距离传输 调制格式 正交频分复用 星形16-qam 光通信 光纤通信系统 偏振复用 de-mzm
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词 软光刻 色散 焦平面 杜瓦瓶 导波光学 多模光纤链路 垂直耦合光互连 内调制 光输出 光线追迹 光纤通信 光传输
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
科研热词 甚短距离(vsr) 帧同步 转换器 去斜移 stm-256 oc-768 cwdm 64 b/66 b
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2011年 科研热词 推荐指数 高速光纤传输 1 芯片间 1 相干光通信 1 水基探测器 1 正交频分复用 1 并行传输 1 垂直腔面发射激光器(vcsel) 1 切伦科夫辐射 1 光电倍增管 1 光互连 1 μ 子 1
科研热词 正交频分复用 偏振模色散 相干光通信 光通信 虚拟子载波 色散管理孤子 稳定传输 时钟 数据子载波 异步fifo 差分相移键控 峰均功率比 变分法 光正交频分复用 光接口 光传输 偏振相关损耗 rocketio数g收发器

图解空间望远镜发展史

图解空间望远镜发展史

太空探索11图解航天史］空间望远镜发展史文/叶楠Y卫星y卫星是苏联和法国联合研制的一台y射线空间望远镜，于4990年7月“曰发射进入高375公里、倾角54.6度的地球轨道。

早在4965年，苏联就提出了搭载于空间站上的y射线望远镜计划，其间几经波折，项目最终于4979年获得授权，原计划于4984年发射，但最终推迟到了4990年。

y卫星共搭载了3台y射线望远镜：y射线-4,探测波段50MeV~6GeV；盘-M,探测波段20keV~5MeV;脉冲星X-2,探测波段2~25keV。

y卫星运行了一年半的时间，对银河系中心、天鹅座X-4、武仙座X-4、蟹状星云等进行了观测，还对处于活动高峰期时的太阳活动进行了监测。

康普顿Y射线天文台阿瑟•康普顿（1892—1962）是美国物理学家（左图），1923年，康普顿发现当X射线或y射线与物质产生相互作用后，因能量损失会发生波长变长的现象，这一发现后被称为康普顿效应，是对电磁波具有粒子性的有力证明。

因这一发现康普顿获得了4927年的诺贝尔物理学奖。

以他的名字命名的康普顿y射线天文台（CGRO）（右图）是美国“大型轨道天文台计划”四台空间望远镜之一，其他三台分别是：哈勃空间望远镜、钱德拉X射线天文台和斯皮策空间望远镜。

CGRO于4994年4月5曰从肯尼迪航天中心由阿特兰蒂斯号航天飞机送入轨道，整个发射质量达到仃吨，是当时最重的空间天文仪器载荷。

CGRO携带的4台探测器可以覆盖能量范围从20keV至30GeV的X射线和y射线波段。

CGRO一直工作至2000年，9年间它完成了第一次能量在100MeV以上的巡天观测，发现了271个新的射线源,共发现近2700次y射线暴事件。

但令人奇怪的是，在邻近星系几乎没有发现y射线暴事件，都是来自于更加遥远的星系。

（图解航天史】丨太空探索GRB9901234999年4月23日，CGRO记录到了一个强大的y射线暴事件GRB990123,整个过程持续了约90秒，在第25秒和40秒出现了两个明显的峰值爆发，在8分钟以后，辐射强度下降至峰值的百分之一。

辐射探测器与检测技术

辐射探测器与检测技术

气体探测器
四、电离室（ionization chamber） 脉冲电离室：记录单个辐射粒 子，主要用于测量重带电粒子 的能量和强度。（计数电离室） V=eNi/C 电流电离室：记录大量粒子 平均效应，主要用于测量X, g, b 和中子的强度或通量。 （累积电离室） I=neNi +阳极
++++++++ - - - - - - - 阴极
5.G-M计数管的主要特性
1）坪特性 坪长：V1-V2
坪斜：
(N2-N1) 1/2 (V2-V1) (N2+N1) 有机管坪长150－300V 卤素管坪长100V左右
气体探测器
六、盖革－米勒计数管（Geiger-Muller counter）
5.G-M计数管的主要特性
2）死时间、恢复时间和分辨时间
探测器由下列三部分构成 1.灵敏区 2.结构部分 3数据输出机构 按材料分类 1.气体探测器
核辐射 探测器
2.闪烁探测器
3.半导体探测器
核辐射探测器
气体探测器 闪烁探测器
半导体探测器
径迹探测器
一、气体的电离
带电粒子使气体原子电离而形成负电子和正离子对的现 象称为气体的电离。电离出来的电子称为次级电子，其 中一些能量较大的电子还可以使气体分子电离。通常， 我们把由带电粒子直接产生的电离叫做原电离，而把由 次级电子所产生的电离叫做次电离。原电离和次电离之 和称为总电离。
半导体探测器 Semiconductor detector
半导体探测器是60年代以后迅速发展起来的一种核辐射探 测器，其探测介质是半导体材料。随着半导体材料和低噪 声电子学的发展以及各种应用的要求，先后研制出了P-N结 型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导 体探测器以及位置灵敏探测器，内放大半导体探测器等特 殊类型半导体探测器。

图解空间望远镜发展史 宇宙线空间探测器引力波空间探测器

图解空间望远镜发展史 宇宙线空间探测器引力波空间探测器

太空探索I【图解航天史]空间望远镜发展史文/叶楠宇宙线空间探测器/引力波空间探测器宇宙线的发现1912年8月7曰，美籍奥地利裔物理学家维克多.赫斯（图正中）乘坐一台热气球，带着3台静电计飞到了 5300米高空。

在热气球不断上升的过程中，他发现随着高度的增加，静电计的读数也在不断上升，这与之前普遍认为的地球是主要的辐射源，地表辐射应该多于高空的观点正好相反。

1913〜1914年，科尔霍斯证实了赫斯的发现。

这种随着海拔升高而增加的射线被称为“宇宙射线”，简称“宇宙线”。

赫斯也因此获得了 1936年诺贝尔物理学奖。

但是宇宙线的名字其实并不恰当，因为宇宙线并不是一种电磁辐射，而是来自于宇宙之中的高能粒子。

初级和次级宇宙线宇宙线是来自于外太空的高能亚原子粒子，这些粒子称为初级宇宙线。

初级宇宙线中约90%是质子、约9%是氦原子核、约1%是电子。

当初级宇宙线进入地球大气层，与大气中的原子核发生碰撞时会产生大量的次级粒子，被称为次级宇宙线。

次级宇宙线主要包括P介子、质子、反质子、阿尔法粒子、电子、正电子、中子等。

地面探测只能接收到次级宇宙线，图为位于我国四川省稻城县的高海拔宇宙线观测站，配备有电磁粒子探测器阵列、M介子探测器阵列、水切伦科夫探测器阵列和广角切伦科夫望远镜阵列等探测设备。

若想对初级宇宙线进行探测，还需要将探测器置于太空之中。

早期对于宇宙线的探测和电磁辐射中的y射线探测是同步开始的，直到20世纪90年代，才有了对宇宙线的专项探测研究。

72 I SPACE EXPLORATION【图解航天史】I 太空探索太阳异常性/磁层粒子探索者太阳异常性/磁层粒子探索者（SAMPEX )是美国宇航局小型 探测器项目中的第一个航天器，卫星长15米、宽0.9米，总质量 只有157千克。

1992年7月3日，SAMPEX 从范登堡空军基地由 侦察兵G -1运载火箭送入512千米x 687千米、周期96.7分钟、 倾角817度的轨道。

切伦科夫辐射光

切伦科夫辐射光

切伦科夫辐射光切伦科夫辐射（Cherenkov radiation）是介质中运动的物体速度超过光在该介质中速度时发出的一种以短波长为主的电磁辐射，其特征是蓝色辉光。

这种辐射是1934年由前苏联物理学家帕维尔·阿列克谢耶维奇·切伦科夫发现的，因此以他的名字命名。

切伦科夫辐射出来的角度仅取决于两个因素：粒子的速度(在介质中比光快，但在真空中比光慢)，以及介质中的光速(vlight)。

事实上，这个公式很简单：θ= cos-1 (Vlight / Vparticle)。

这意味着光发出的角度是这两种速度之比的倒数余弦，即介质中的光速与粒子的速度之比。

特性切伦科夫辐射的总强度与入射带电粒子的速度成比例关系，另外粒子数量越多总强度也越强。

与萤光或受激放射的电磁频谱具有特定频率的峰值的情形相异，切伦科夫辐射的频谱是呈连续性的。

一个频率下的相对强度与该频率呈正比，也就是说在切伦科夫辐射，高频率（短波长）会有较强的强度。

这解释了为何可见光波段部分的切伦科夫辐射看起来呈亮蓝色。

实际上，多数切伦科夫辐射是在紫外线波段——当带电粒子被更充足地加速后，才会使可见光波段变得明显而得见；人眼感光最敏锐的波段是绿色光（平均为555纳米），对于蓝色光到紫色光的感应度则相当低。

如同音爆的情形一般，震波椎的角度与波源速度呈反比，在切伦科夫辐射也是如此。

因此，观测到的入射角可以用来计算产生切伦科夫辐射的带电粒子的方向及速度。

切伦科夫辐射的总强度与入射带电粒子的速度成比例关系，另外粒子数量越多总强度也越强。

应用：切伦科夫辐射并非介质中运动的粒子（或物体）本身发出的辐射，而是介质中的极化电流发出的。

在粒子物理学中切伦科夫辐射是一项非常重要的研究手段。

例如Belle 实验的切伦科夫计数器，以及研究中微子震荡的超级神冈探测器，都是运作中的实际应用。

从宇宙空间中进入地球大气层的某些高能粒子，运动速度接近光速，可以发出切伦科夫辐射。

航天历史丨历史上的火星探测器

航天历史丨历史上的火星探测器火星探测是指人类通过向火星发射探测器，对火星进行的科学探测活动。

前苏联从1960年便开始尝试向火星发射探测器，到目前为止全球共发射火星探测器61次，其中成功脱离地球轨道的探测器有49枚，成功进入绕火星轨道的有17枚，登陆火星表面的有11枚，但其中成功着陆并正常工作的只有美国的5枚。

本文我们就来一一盘点这些勇往直前的火星探索勇士。

1960年1960年10月10日，前苏联向火星发射了第一枚探测器火星1A 号。

紧接着四天以后，第二枚火星探测器升空。

然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达。

火星1A号火星探测器（图片来源：维基百科）1962年1962年10月24日，当火星又一次运行到合适的位置时，前苏联的第三枚火星探测器升空了，然而这次它也是仅仅到达了环绕地球的轨道而已。

1962年11月1日，前苏联向火星发射了火星1号，这枚探测器成功进入了前往火星的轨道，并且计划于1963年6月19日到达火星，然而在1963年3月21日，它与地面永远失去了通信联系。

三天以后，前苏联的又一枚探测器升空，这枚探测器同样仅仅到达了环绕地球轨道，此后未能成功变轨，两个月后坠入地球大气层烧毁。

1964年1964年，美国也先后向火星发射了两枚探测器水手3号和水手4号。

水手3号于12月5日发射升空，是美国发射的第一枚火星探测器，然而探测器的保护外壳未能按预定计划成功与探测器分离，导致太阳能板未能打开，于发射8小时后电池耗尽，与地面永远失去了通信联系，任务失败。

水手4号于12月28日发射升空，这是有史以来第一枚掠过火星并发回探测数据的探测器，于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠过火星，向地球发回了21张照片。

水手3/4号（图片来源：维基百科）前苏联也于1964年11月30日再次向火星发射了探测器，但是这枚探测器再次以失败告终，它虽然最终到达了火星附近，但是却没有能够向地球发回任何数据。

基于切伦科夫探测器的高能双能X射线物质有效原子序数检测

基于切伦科夫探测器的高能双能X射线物质有效原子序数检测李树伟;康克军;王义;李金;李元景;张文剑;张清军【期刊名称】《核电子学与探测技术》【年(卷),期】2010(030)008【摘要】介绍了采用切伦科夫探测器在高能双能X射线物质有效原子序数检测中的应用优势.采用电子加速器产生的X射线源的双能物质有效原子序数检测中,由于能量较低的X射线(低于0.5 MeV)占有重要的份额,其光电效应的存在干扰物质有效原子序数的检测,故一般需要加滤波材料降低其数量从而改善检测效果.切伦科夫探测器由于对X射线有探测阈值要求,可以不用加滤波材料即可实现物质检测功能;另外,对高能X射线有更好的相对能量响应是其在此方面应用的另一个优势.通过在一个双能检查系统(采用6 MeV和3 MeV电子加速器)的实验证明了这种设想,实验结果和预期的设想以及模拟计算结果相吻合.【总页数】4页(P1012-1015)【作者】李树伟;康克军;王义;李金;李元景;张文剑;张清军【作者单位】清华大学工程物理系,北京,100084;粒子技术与辐射成像教育部重点实验室,北京,100084;清华大学工程物理系,北京,100084;粒子技术与辐射成像教育部重点实验室,北京,100084;清华大学工程物理系,北京,100084;粒子技术与辐射成像教育部重点实验室,北京,100084;清华大学工程物理系,北京,100084;粒子技术与辐射成像教育部重点实验室,北京,100084;清华大学工程物理系,北京,100084;粒子技术与辐射成像教育部重点实验室,北京,100084;同方威视技术股份有限公司,北京,100084;同方威视技术股份有限公司,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】TL99【相关文献】1.基于高能X射线散射的高原子序数物质探测方法 [J], 黄伟奇;杨祎罡;李元景;王百荣2.羊八井大型水契伦科夫探测器中双增益大动态范围前放的研制 [J], 郝新军;刘树彬;赵雷;李成;安琪3.基于双能X射线的有效原子序数提取算法研究 [J], 常青青;陈嘉敏;沈天明;李维姣4.甚高能大气切伦科夫望远镜中的光补偿系统及其产生的噪声 [J], 何会林;徐春娴;何惠海5.甚高能γ射线天文观测的利器——成像大气切伦科夫望远镜 [J], 高启;陈天禄;刘茂元;马帅康;肖迪泫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

切伦科夫探测器

cos
2005年9月 合肥 3
三、切伦科夫辐射的特点
1)
Cherenkov辐射的阈速度和方向性：
c / n 1 cos c v n n 是介质的折射率，c / n 是光在介质中的相速度，
v / c是入射粒子的相对论速度， c 和n 都是切伦科夫辐射波长的函数
折射率n是光子能量E的函数。 考虑n是光子波长的函数则

1 1 2 2 n ( ) 若介质长L，发出在波长1和2之间的光子总数为
d 2N 2 z 2 dxd
L
N
0

2
1
2 2 2 L z d 2N 2 dxd sin c d 2 1 dxd 2005年9月合肥
介质原子或分子的极化 与退极化； 电磁辐射的相干叠加， 在一定方向得到加强。
2005年9月 合肥 2
二、切伦科夫辐射产生的条件
（1）快速带电粒子做匀 速运动，且
c v n 或 1 n
1 n
（2）均匀透明的介质 （3）满足 在与 粒子运动方向成角的 方向上电磁辐射相干加 强，才能观测到。
荧光
与粒子运动形式无关
荧光物质 各向同性 10-7－10-9 s
平面偏振光
弱 紫外到可见光,连续光谱 介质极化退极化辐射
偏振光
最强 X射线
非偏振光
约大于切伦科夫光100倍 可见光,线光谱或带光谱
相干叠加
快速带电粒子速度 变化辐射
闪烁体原子激化退激 化辐射
2005年9月 合肥
9
§6-2 切伦科夫辐射的产生和收集

通过单位长度介质在每单位光子能量间隔产生的光子数是

6-2切伦科夫探测器

1

二、穿越辐射的特点
1) 角分布： ~1/
• TR有向前的分布，集中在很窄的锥面体内。 • ~103， ~1mrad， 要从空间上区分带电粒子的电离信号和穿越辐 射光子的信号，辐射体与探测器之间的距离大 约要1米
2) 辐射的总能量：
W=2p/3
总能量正比于
3) 辐射的频率分布：
• 光子的能量延伸到X射线区，数量级 • 采用多层介质组成的辐射体以测到足够的光强 • 后接X射线探测器
15GeV的π和e在总电荷中的电 9 离团数目及其分辨能力
=/p
2
4) 形成区效应：
• 介质层需有一定的厚度，否则TR辐射将不能产生 • 形成区厚度与 、p、 有关，是设计辐射体厚度及间隔的主要 依据
5) 多层介质组成：
• 辐射产额与值的关系有明显的阈行为，且随的增加而增加最后 趋于饱和 • 饱和值出现的早晚与介质厚度有关
3
三、穿越辐射与粒子鉴别
§6-2 穿越辐射探测器（TRD）
一、穿越辐射的描述

Transition Radiation：高能带电粒子穿过不同介 电常数的物质交界面时将产生穿越辐射。 其产生与介质的瞬时极化密切相关

穿越辐射的能量随带电粒子的洛仑兹因子的增加而增 大。
E= m，可以利用因子的差别来鉴别动量相同质量 不同的粒子。特别是极端相对论粒子 ~1， >103
=/1
5

辐射体的选择
• • • • 要选择对=0.3的光子吸收小的物质 光电区域 ~E-3.5，在康普顿区域为常数 对于能量大于k的TR，辐射体自吸收很小 TR能损与电离能损之比 ~Z-3.5 应选择Z较小的材料
液氢最好，但需 要复杂的低温设 备；
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14
§6-3 阈式Cherenkov探测器
探测速度大于阈速度的粒子
T
1 n
阈动能
辐射体
氦 氩 空气 氮 甲烷 二氧化碳 氟利昂 水 有机玻璃 铅玻璃
折射率 电子(MeV)
1.000035 1.000284 1.000293 1.000297 1.000441 1.000450 1.000864 1.333 1.50 1.76 61 21 21 20 17 16 12 0.2 0.175 0.11

1 1 2 n2 ( )
若介质长L，发出在波长1和2之间的光子总数为
N
L
0

2
1
2 2 2 L z d 2N 2 dxd sin c d 2 1 dxd
• 辐射集中在短波区 • 对于对可见光灵敏的光探测器(=400-700nm)，单位长度的光子数
3
二、切伦科夫辐射产生的条件
（1）快速带电粒子做匀速运 动，且
c 1 v 或 n n （2）均匀透明的介质
（3）满足 在与 粒子运动方向成角的方向 上电磁辐射相干加强，才 能观测到。
4
cos
1 n
三、切伦科夫辐射的特点
1)
Cherenkov辐射的阈速度和方向性：
c / n 1 v n

v c
PT m
max cos 1
m n 2 1
1 n （5）辐射光谱是从紫外光到可见光的连续谱，短波光子数多。 （6）辐射光微弱，要选择电离能损小、无荧光发射的介质为辐射体； 尽量提高收集效率，向紫外区域扩展。 （7）能损小，近似于“无损”探测 如：在气凝硅胶中的切伦科夫辐射能损 ~0.3keV/cm, 电离能损 ~400keV/cm （8）发光时间短10－9－10－11秒，取决于粒子穿越辐射体的时间。
cos c
n 是介质的折射率，c / n 是光在介质中的相速度，
v / c是入射粒子的相对论速度， c 和n 都是切伦科夫辐射波长的函数
当最小辐射角 =0时，T n 1 ，为产生切伦科夫辐射的最小速度，
2 2 d 2N 2z2 z sin 2 c 2 dEdx c re me c 2
370 sin 2 ( E )

1 1 2 2 n ( E ) (eV 1 cm 1 ) （z 1时）
或，光子波长的函数则
d 2N 2 z 2 dxd
满足逻辑组合： S1 S2 S3 S4 C 满足逻辑组合： S1 S2 S3 S4 C 为电子 为
性能较其他类型的Cherenkov计数器差， 但最简单。 日本KEK B工厂采用抗水性气凝硅胶辐射体 阈式Cherenkov计数器鉴别粒子。 在n=1的两条曲线以上的区域，或K可发射 Cherenkov光，在两条曲线之间的区域只有 发射C光，而K不发射。 显然n越小，可分辨/K的动量越高。

9
二、Cherebkov辐射的传播和收集

在辐射体内：一部分被吸收
N N0e x 当x 0时，N N 0 为产生的总光子数； 当x X 0时，N N0e X 0 为还剩下的光子数。为吸收系数。
Cherenkov辐射非常微弱，要求辐射体透明度好，以减少 吸收，并采用透紫石英窗或增强透过率的其他措施。 在辐射体界面上：折射、全反射、镜反射或漫反射。 1）辐射体外包铝箔或镀一层铝作为反射层，使辐射在辐射体及反 射体界面上多次反射，然后进入光子探测器。 2）利用Cherenkov辐射的方向性，采用各种反射镜收集，球面 镜光学像差最小，采用最多。
气凝硅胶（Aerogel）： n=1.02~1.08介于气体和固体之间， 密度0.1~0.3g/cm3
不同折射率n下， 辐射角θc与粒子速度的关系
7
切伦科夫辐射的特点
（1）切伦科夫辐射角 （2）阈速度 （3）阈动量 （4）最大辐射角
1 cos1 n
T＝
1 n
N / L 490 sin 2 c
6
常用Cherenkov介质的特性
介质 折射率 n 最大辐射角 N(光子数 max /cm) 0°57’ 0°29’ 1°38’ 11°22’ 41°15’ 47°51’ 55°23’ 0.13 0.03 0.40 19.0 213 269 332
1.000140 氢 1.000035 氦 二氧化碳 1.000410 1.02 气凝硅胶 1.33 水 1.49 有机玻璃 1.76 铅玻璃
N
N
e N
，不发射光电子的几率
P 0 e N
要提高探测效率： 1）通过光学系统的光收集效率； 2）选用光阴极转换效率高的PMT； 3）选用n大的辐射体（但分辨动量低）； 4）加大辐射体长度L； 5）气体阈式C计数器可加大气压以增加n。
17

速度分辨：
• 要有效地区分粒子，要求阈式C计数 器对于>T的粒子有尽可能高的探 测效率（~100%）。 • 效率曲线有一定的斜度，说明计数器 的阈速度不是绝对单值的，存在着一 定大小的速度分辨范围。 • 阈式C计数器的速度分辨率定义为探 测效率曲线由0－63％变化时对应 的速度的变化
称作切伦科夫辐射的阈速度。 1 当 =cos-1 时， 1， max 最大辐射角。 n
切伦科夫辐射与粒子运动方向成角，形成 以粒子运动轨迹为轴的光锥，其张角为2， 测定，已知n，即可求得。
5
2）切伦科夫辐射光谱及光子密度分布

通过单位长度介质在每单位光子能量间隔产生的光子数是
8
§6-2 切伦科夫探测器的组成
一、辐射体
可以是气体、液体和固体，应根据不同的用途选择不同 的辐射体。对不同速度的粒子，必须选择适当折射率的辐 射体。 对于气体辐射体，折射率可通过调节气压来改变 (n-1)=(n0-1)p 辐射体对切伦科夫辐射的透明度好且能与光探测器的光 谱响应相匹配；电离能损小、荧光发射很小。 要求色散小，以提高速度分辨率。 ) 色散n将使 展宽 tan(
第六章 切伦科夫探测器 与穿越辐射探测器
1
粒子携带的信息

P m

1 1 2

若已知粒子动量p，可根据粒子速度确定粒子质量，即 分辨粒子。对粒子的分辨能力为：
dm m


2 2 d 2

dP 2 P


粒子分辨的精度由速度测量精度和动量测量精度决定。
2
§6-1 切伦科夫辐射 一、切伦科夫辐射的描述


Cherenkov Radiation：匀速带电粒子穿过均匀 透明介质，当其速度超过光在该介质中的相速度c/n 时，粒子将发射辐射，称为Cherenkov辐射。 产生机理：
• • 介质原子或分子的极化与退极化； 电磁辐射的相干叠加，在一定方向得到加强。


Cherenkov辐射的阈特性、方向性是和入射粒子的 速度密切相关的。 产生和记录Cherenkov辐射的装置称为 Cherenkov探测器。
cos 2 1 2 sin 1 1 2 2 要区分这两种粒子必须C计数器的速度分辨小于这两种粒子的速度差， 1 cos 1 n1 1 2 n
2 2 2 2 m2 m1 ，显然1越小越好。 2 2p 2 1
N pe LN 0 sin 1 LN

通常可以采用2个以上PMT符合来降低噪声和电子效应。
噪声和电子效应：应尽量减小PMT噪声和辐射体中电子的信号。
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辨率： 2 鉴别动量相同质量不同的粒子，两个粒子的质量 m12 m2 差越小，要求C计数器的速度分辨率越高。 2 p2 辐射体长度： 如果设计阈式C计数器使得较重的粒子的速度恰好在阈速度附近，意味 着对应m2粒子的C辐射角2~0。而较轻的m1粒子的C辐射角为1
位置灵敏探测器
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混合光探测器HPD
• 由固体光电转换体和电子倍增器组合而成。电子倍增可以在 真空器件中进行也可以在气体探测器中进行。 • CsI光电转换体，入射光子光电子。 • 气体预放大区，光电子倍增， • 保证其良好的位置和时间特性。 • 二次放大，富He混合气体，低气压或1个大气压。 • MWPC记录。 • M>107, 允许计数率106Hz/mm2。
2
2 0 1
1 e
N pe 2 N0 L
N pe
介子(GeV)
17 5.7 5.6 5.6 4.6 4.5 3.2 0.0726 0.0475 0.0307
质子(GeV)
112 38.5 38 38 31 30 22 0.488 0.322 0.206
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常用于从动量相同的混合粒子束中选出某一种粒子。
例：从和电子混合束中选出电子或 。实验安排： 所用Cherenkov探测器的 阈速度仅对电子灵敏。
如图，探测效率由0－63％变化， 对应气压变化0.2atm， 对He气 (n0-1)=32.910-6


1 n
n 1 n0 1 p
6.5 106
用固体和液体做辐射体，因n大，阈动能很低。 102 103 对<5的粒子，由于能量不高，一般选用固体或液体做辐射体。 对能量为几十GeV的粒子选用气体做辐射体。 104 107
• 球面镜起聚焦作用。 • 反射镜面一般是镀铝的。因为 铝对紫外光有很高的反射率。 再覆盖适当厚度的MgF2保护 层以增强镜面的反射率。
10

利用Cherenkov全反射选择一定速度的 粒子。全反射条件：
1 n cos1 1 1 sin 1 n n cos2 1 n2 2 sin 2 1 n2