Содержание к диссертации
Введение
Глава. 1. Нейтронные детекторы в калориметрии 18
1.1. Калориметры в экспериментах физики высокой энергии 19
1.1.1. Гомогенные калориметры 20
1.1.2. Гетерогенные (самплинг) калориметры 21
1.2. Физические процессы, приводящие к рождению нейтронов в калориметрах 22
1.3. Методы отделения адронов от электронов 24
1.3.1. Отделение адронов от электромагнитных частиц с использованием ионизационного калориметра 24
1.3.2. Разделение каскадов от адронов и электромагнитных частиц по анализу распределения энерговыделения в калориметре 26
1.3.3 Использование нейтронных детекторов для отделения адронов от электромагнитных частиц 27
1.4. Существующие системы детектирования нейтронов для калориметрии 28
1.4.1 Ионизационный калориметр HERO для изучения первичных космических лучей 28
1.4.2 Нейтронный детектор в составе спектрометра ПАМЕЛА 30
1.4.3. Сцинтиллирующее оптоволокно PUMA 32
1.4.4 KARMEN, детектор нейтрино. Karlsruhe, West Germany 33
1.4.5. Сцинтилляционный детектор быстрых нейтронов с использованием спектросмещающих волокон 34
1.4 .6. Комплекс научной аппаратуры «ГАММА-400» и применение нейтронного детектора в комплексе 35
1.4.6.1 Структура гамма-телескопа ГАММА-400 35
1.4.6.2. Принцип регистрация частиц и основные характеристики 37
1.4.6.3. Применение нейтронного детектора для выделения электрон-позитронной компоненты на фоне протонов 38
1.5. Применение математического моделирования при создании детекторов излучения 38
1.6 Результаты моделирования методом Монте-Карло нейтронных детекторов в калориметрии 40
1.6.1. Моделирование потока нейтронов прототипа нейтронного детектора NEUCAL 40
1.6.2. Моделирование нейтронного детектора спектрометра ПАМЕЛА.. 44
1.7. Заключение 46
Глава.2. Расчетное моделирование откликов вариантов нейтронного детектора гамма - телескопа ГАММА-400, выбор оптимальной конструкции детектора 49
2.1 Назначение и принцип регистрации нейтронного детектора в ГАММА-400 49
2.2. Ядерные реакции, применяемые для регистрации нейтронов 51
2.3. Основные предпосылки при проведении расчетных исследований откликов нейтронного детектора 53
2.4. Исследования откликов НД с использованием гелиевых счётчиков 57
2.5. Исследования откликов НД с пластмассовым сцинтиллятором и листами кадмия 59
2.6. Исследования откликов НД на основе кремниевого детектора и борного конвертора 67
2.7. Исследования откликов НД на основе пластмассового сцинтиллятора и борного конвертора 75
2.7.1 Детектор с покрытием из бора 75
2.7.2 Детектор с бором, введенным в состав пластмассового сцинтиллятора 78
2.8. Исследования откликов НД на основе детекторов с литиевым конвертором 83
2.9. Заключение 87
Глава.3. Экспериментальное обоснование работоспособности предлагаемых конструкций НД и корректности результатов расчетов 89
3.1 Экспериментальные исследования модели детектора с листовым кадмием 89
3.2. Сравнение результатов расчета и эксперимента 94
3.3. Физическая модель НД с борсодержащим сцинтиллятором 96
3.4. Заключение 98
Глава.4 Расчетное исследование пространственно-временного отклика нейтронного детектора в составе комплекса GAMMA-400 99
4.1 Энергетическое распределение нейтронов, рождающихся в калориметре и попадающих на НД 100
4.2. Временные распределения частиц, возникающих в НД 101
4.3. Пространственное распределение альфа-частиц, возникающих в НД 105
4.4 Заключение 110
Заключение 111
Список литературы 115
- Нейтронный детектор в составе спектрометра ПАМЕЛА
- Исследования откликов НД на основе кремниевого детектора и борного конвертора
- Экспериментальные исследования модели детектора с листовым кадмием
- Пространственное распределение альфа-частиц, возникающих в НД
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема темной материи (скрытой массы) и ее детектирование во Вселенной является одной из важнейших астрофизических проблем XXI века. Использование гамма-астрономических методов для регистрации процессов аннигиляции и распада гипотетических частиц темной материи (слабовзаимодействующие частицы, вимп- частицы) - один из основных экспериментальных методов получения прямого ответа на существование частиц темной материи и их характеристик. Гамма-излучение практически полностью поглощается в верхних слоях атмосферы Земли, поэтому гамма-астрономические наблюдения сегодня осуществляют за пределами атмосферы на ИСЗ, орбитальных станциях или космических аппаратах, направляющихся к другим планетам и за пределы солнечной системы. Научный комплекс «ГАММА-400» предназначен для получения данных для определения природы «темной материи» во Вселенной, а также развития теории происхождения высокоэнергичных космических лучей и физики элементарных частиц, методами гамма-астрономии, поиска и исследования гамма-всплесков.
Сигнал от аннигиляции или распада частиц темной материи можно ожидать в области энергии гамма-квантов 100 ГэВ и несколько выше. Информацию о процессах самоаннигиляции и распада частиц темной материи, кроме гамма-квантов, могут нести электроны и позитроны. В космосе поток протонов в 1000 раз больше потока электронов при энергиях больше 100 ГэВ и поэтому необходимо обеспечить выделение электронов на фоне протонов. Как электроны, так и протоны создают каскад в веществе гамма-телескопа, в основном, в калориметре. Но каскады отличаются по форме и составу частиц.
В научном комплексе «ГАММА-400» выделение электронов на фоне протонов планируется проводить по анализу поперечного развития каскада в калориметрах и стриповых детекторах, анализу продольного развития каскада во всех детекторах, а также, по количеству нейтронов, в основном возникающих при взаимодействии протонов в калориметре, с помощью детектора нейтронов. Нейтронный детектор гамма-телескопа «ГАММА-400» предназначен для разделения электромагнитных и адрон- ных каскадов путём определения количества нейтронов, возникающих в веществе калориметра при прохождении частицы высокой энергии.
В настоящее время детекторов, позволяющих решить данную проблему, не существует из-за особенностей спектра нейтронов, их временного и пространственного распределения, а также ограничений на размеры детектора. Поэтому работа по разработке нейтронного детектора космического гамма-телескопа «ГАММА-400» и математическому моделированию его характеристик является актуальной научной задачей по созданию новых приборов для исследований в области экспериментальной ядерной физики.
Цель работы. Разработка физической модели детектора нейтронов в составе комплекса «ГАММА-400», предназначенного для разделения электромагнитных и адронных каскадов путём определения количества нейтронов, возникающих при прохождении частиц высокой энергии для обеспечения режекции протонов, обоснование состава детектора и его характеристик. Для этой цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ состава и временных характеристик падающего на детектор излучения.
Разработать варианты построения нейтронного детектора.
На основе математического моделирования провести сравнение характеристик различных вариантов построения нейтронного детектора.
Выбрать оптимальный вариант построения нейтронного детектора, обеспечивающий возможность режекции адронных каскадов.
На основе математического моделирования получить пространственно-временное распределение нейтронов в каскадах различной природы, регистрируемых выбранной моделью нейтронного детектора.
Создать действующие образцы модели нейтронного детектора и провести экспериментальные исследования их характеристик.
Научная новизна работы.
Разработанный нейтронный детектор, состоящий из чередующихся слоев замедлителя и быстродействующих борсодержащих сцинтиллято- ров с использованием оптоволоконного сбора света, позволяет проводить идентификацию электромагнитных и адронных каскадов по количеству и пространственно-временному распределению нейтронов с минимальным мертвым временем и коэффициентом режекции адронных каскадов от 50 до 10 в зависимости от энергии, регистрируемых протонов, электронов и фотонов в диапазоне энергий 25 - 1000 ГэВ. Практическая значимость работы
Выбранная модель нейтронного детектора, благодаря малой длительности сигналов (15-20 нс), позволяет значительно уменьшить просчёт нейтронов в адронных каскадах высокой энергии >100ГэВ и других импульсных нейтронных потоках высокой интенсивности (>750 нейтр./см2*с). Разработанная конструкция нейтронного детектора не содержит дефицитных материалов, таких как He-3 и может быть применена при создании мониторов импульсных потоков нейтронов. Разработанный детектор нейтронов, благодаря оптоволоконному сбору света сцинтилляций, может быть изготовлен любых размеров и применен при создании мониторов для контроля перемещений ядерных материалов. Автор выносит на защиту
-
-
Результаты математического моделирования отклика различных вариантов нейтронного детектора для гамма- телескопа «ГАММА-400».
-
Выбор варианта построения детектора для создания действующего образца нейтронного детектора.
-
Результаты математического моделирования пространственно- временного распределения регистрируемых нейтронов в каскадах различной природы.
-
Доказательство возможности разделения электромагнитных и адрон- ных каскадов по количеству и пространственно-временному распределению нейтронов, регистрируемых составными частями нейтронного детектора, с коэффициентом режекции от 50 до 10 в зависимости от энергии попадающих в телескоп протонов в диапазоне энергий от 25 до 1000 ГэВ.
-
Результаты экспериментального исследования характеристик действующих образцов нейтронного детектора и их сравнения с результатов математического моделирования.
Апробация результатов работы.
Основные результаты диссертационной работы были доложены на научных сессиях НИЯУ МИФИ 2008, 2011, 2012, 2013; Конференциях Ломоносов-2008, 2011; 8-ой, 9-ой и 10-ой Курчатовской молодёжной научной школах (2010, 2011, 2012гг.); 23 rd European Cosmic Ray Symposium (and 32nd Russian Cosmic Ray Conference) Moscow, Russia, 2012.
Личное участие автора
Разработка алгоритмических моделей конструкций нейтронного детектора.
Проведение моделирование отклика различных вариантов детектора и анализ полученных результатов.
Выбор перспективной конструкции для создания действующего образца нейтронного детектора.
Обработка результатов экспериментальных исследований и сравнение их с результатами расчетного моделирования.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 121 страниц основного текста, 87 рисунков и 10 таблиц и список литературы из 86 наименований. Публикация
По теме диссертационной работы опубликованы 15 работ, в том числе 4 работы опубликованы в периодических научных изданиях, включённых ВАК РФ в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, рекомендованных для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Перечень этих работ приведен в конце автореферата.
Нейтронный детектор в составе спектрометра ПАМЕЛА
Российско-итальянский проект «РИМ-ПАМЕЛА» [28,29] (РИМ - Российско-Итальянская Миссия), в котором участвуют также ученые Германии, Швеции и США направлен на исследование потоков античастиц (антипротонов, позитронов, легких антиядер), электронов и изотопов легких ядер в первичном космическом излучении на околоземной орбите. Для проведения измерений потоков античастиц создан прецизионный магнитный спектрометр с современными детекторами элементарных частиц, позволяющими регистрировать и измерять знак и величину электрического заряда, скорость, импульс, энергию, массу, направление и время прихода космической частицы.
Физическая схема прибора представлена на рис. 1.5. 1,3,7 - сцинтилляционная времяпролетная система; 2 - детектор переходного излучения; 4 - сцинтиляционная охранная система; 5 - полупроводниковая стриповая координатная система (шесть двойных слоев); 6 - магнитная система (пять секций); 8 - полупроводниковый стриповый позиционно-чувствительный калориметр; 9 - нижний сцинтилляционный детектор; 10 - нейтронный детектор; 11 -термоконтейнер.
Созданный сотрудниками ФИАН нейтронный детектор в составе спектрометра ПАМЕЛА, позволяющий различать каскады, вызванные адронами и электронами, является одним из аналогов разрабатываемой аппаратуры. Чувствительными элементами в этом нейтронном детекторе являются гелиевые счетчики диаметром 18,5 мм и длиной 200 мм. Счетчики регистрируют тепловые нейтроны, поэтому два слоя из 18 счетчиков помещены в полиэтиленовый замедлитель. Кадмиевый экран толщиной 0,5 мм закрывает детектор снизу и сбоку. Газоразрядные счетчики, наполненные Не, хорошо зарекомендовали себя для регистрации тепловых и медленных нейтронов. При этом они практически не чувствительны к гамма-излучению.
Отношение чувствительностей регистрации гамма-излучения к нейтронному (тепловые и медленные нейтроны) составляет примерно 10"4. Максимальное давление, которое создается в таких счетчиках, может достигать 10 атм. При этом счетчики могут эксплуатироваться в открытом космосе. Для увеличения эффективности регистрации гелиевые счетчики располагались непосредственно в полиэтилене, а с задней стороны детектора расположен дополнительный слой замедлителя. Использование дополнительного слоя замедления с задней стороны детектора увеличивает долю тепловых нейтронов за счет альбедных нейтронов.
К недостаткам гелиевых счетчиков следует отнести большую длительность сигнала, что, как показал опыт эксплуатации НД в составе научного космического комплекса ПАМЕЛА, приводило к просчетам числа событий. Время сбора заряда в газовых нейтронных счетчиках, предлагаемых современными фирмами-производителями, составляет порядка 2-10 мкс (2-4 мкс для Не-3 счетчика НПЦ «Аспект» [30]), что недостаточно для исключения наложения импульсов, создаваемых разными нейтронами в одном каскаде.
Исследования откликов НД на основе кремниевого детектора и борного конвертора
В настоящем разделе рассмотрены отклики НД, в котором регистрация нейтронов основана на замедлении высокоэнергичных нейтронов полиэтиленом, дальнейшем захвате замедленных и тепловых нейтронов конвертором на основе бора и последующей регистрации заряженных частиц, образованных в результате захвата кремниевым полупроводниковым детектором. Преобразование нейтронов в заряженные частицы в конвертере происходит на основе реакции: 10В + п — (7Li) + а + 2310 кэВ.
Возникновение нейтронов в калориметре ограничено в пространстве областью распространения адронного ливня. Дальнейшее распространение нейтронов ограничено их сравнительно быстрым замедлением в материале калориметра и замедлителя. Поэтому ожидается, что регистрация нейтронов в кремниевом детекторе будет характеризоваться сравнительно малыми пространственными размерами.
Конструкция НД в данном исполнении должна иметь сегментированную конструкцию. Количество сегментов - 576 в одной плоскости. НД должен выдавать в режиме реального времени на внешние устройства считывания и обработки информации параллельно по 576 трактам логические сигналы при детектировании (превышении установленного порога регистрации) заряженной частицы в чувствительной области детектора (сегмента). В качестве детекторов планируется применять кремниевые ионно-имплантированные спектрометрические детекторы с чувствительной площадью 30,6x30,6 мм и с габаритными размерами 31,65x31,65 мм . Рассматривается вероятность обогащения конвертора по изотопу 10В не менее 90%. Сегментация кремниевого детектора позволит получать пространственную характеристику образования каскада нейтронов, а также избежать наложения сигналов в одном сегменте с учетом ожидаемой длительности сигнала 5-10 мкс. Для рассматриваемой модели НД в первую очередь проводились расчёты для определения оптимальной толщины слоев кремния и бора. Для этого рассмотрены следующие схемы НД (рис. 2.12).
Рассчитывались удельные потери энергии альфа-частиц и ядер лития по глубине слоя. На рис 2.13 и 2.14 приведено распределение dE/dx альфа-частиц по глубине слоя бора и кремния, соответственно. На рис. 2.15 и 2.16 - соответствующие распределения ядер лития. Согласно графикам пробег альфа-частиц, превышающий пробег ядер лития, достигает 3,4 мкм в слое бора и 5,4 мкм, возникающие в результате взаимодействия нейтронов с бором за счёт (п, а) реакции. Энергия реакции 2310 кэВ делится между альфа-частицей и ядром лития. Нейтрон считается зарегистрированным при энерговыделении в кремнии более 80 кэВ.
Прежде всего, рассмотрим варианты конструкции, приведенные на рис. 2.17 и 2.18. НД имеют общую толщину 5 см и поперечный размер 80x80 см . Толщина слоев полиэтилена составляет по 2,5 см в конструкции НД с горизонтальным расположением слоев (бор+кремний). В конструкции НД с вертикальным расположением слоев (бор+кремний) полиэтиленовые пластины имеют толщину по 2 см. В таблице 2.3 приведены значения эффективности регистрации нейтронов для обеих конструкций НД с различными толщинами борного конвертора (1,5 и 2,5 мкм). Толщина слоев кремния составляла 5,5 мкм. Количество слоев (бор+кремний) составляет 3 слоя в конструкции НД с горизонтальным расположением слоев (бор+кремний) и 80 слоев в конструкции НД с вертикальным расположением слоев (бор+кремний).
Согласно таблице 2.3 при толщине борного конвертора равной 1,5 мкм эффективность регистрации незначительно лучше в обеих конструкциях НД. Это связано с тем, что при толщине конвертора больше 1,5 мкм не все ядра лития могут попасть в кремний. В конструкции с вертикальным расположением слоев (бор+кремний) эффективности регистрации получились немного лучшие, чем при горизонтальном расположении слоев [70].
Получены следующие значения эффективности регистрации нейтронов вышеуказанного варианта конструкции НД: 4,2 ±0,1% и 4,1±0,1% при толщинах борных конверторов 1,5 мкм и 2,5 мкм, соответственно. Толщина кремниевых регистраторов зафиксирована при значении 5,5 мкм. Таким образом, добавление слоев (бор+кремний) не обеспечивает значительного увеличения эффективности регистрации нейтронов. Однако необходимо учитывать тот факт, что увеличение количества слоев конверторов и регистраторов ведет к увеличению стоимости НД.
Следующая конструкция НД включает в себя полиэтиленовый блок, в который вложены слои (бор+кремний) под определённым углом (рис. 2.20). Угол для увеличения эффективности может изменяться.
Рассмотрены зависимости эффективности регистрации от порога дискриминации по энерговыделению и от угла между слоями (бор+кремний).
Данные зависимости приведены на рисунках. 2.21 и рис. 2.22. В соответствии с графиками значительного изменения эффективности регистрации не происходит при изменении порога дискриминации по энерговыделению и угла между слоями (бор+кремний). Таким образом, при изменении конфигурации НД значительного изменения эффективности регистрации в пределах погрешностей не осуществляется. Полученные значения эффективности регистрации нейтронов показанными выше конструкциями НД невелики, кремниевые детекторы стоит дорого, поэтому с точки зрения практического применения не целесообразно использовать так много слоев (бор+кремний).
В данной конструкции применяли только один слой (бор+кремний). Изменяя положения этого слоя, рассматривали зависимость эффективности регистрации от места положения этого слоя (рис. 2.24). Наилучшая эффективность регистрации получается, когда слой радиатора и регистратор погружены в полиэтиленовый замедлитель на глубину 1 см. Эффективность регистрации, которая достигается в этом случае, составляет 1,5 %.
В дальнейшем использовали два слоя (бор+кремний) (рис. 2.25). Расчёты осуществлены при условии, что первый слой зафиксирован в полиэтилене на расстоянии 1 см от верхнего края, и перемешали второй слой с шагом 0,5 см, начиная с 1,5 см. Данная зависимость показана на рис. 2.26.
В соответствии с графиком, наилучшая эффективность регистрации (2,4 %) получается при глубине расположения второго слоя от 2,5 до 3 см. Рассмотрение результатов расчетов, приведенных в данном разделе, показывает, что применение кремниевых детекторов с борным конвертором не позволяет добиться высокой эффективности регистрации нейтронов.
Экспериментальные исследования модели детектора с листовым кадмием
Разработана схема эксперимента, в которой источником нейтронного излучения служил импульсный нейтронный генератор. Общая схема эксперимента представлена на рис.3.1.
Для детектирования потока импульсного нейтронного излучения была разработана физическая модель нейтронного детектора (рис. 3.2). Нейтронный детектор, состоит из чередующихся слоев сцинтиллятора на основе полистирола, изготовленных методом литья под давлением из расплава полистирола марки BASF-143E со сцинтилляционными добавками (2 % РТР, 0,02 % РОРОР) производства ИФВЭ и листов кадмия. Размеры детектора 240x200x40 мм . Слой сцинтиллятора на основе полистирола набран из четырёх пластин, каждая из которых имеет размер 100x120x5 мм . В пластине имеется 12 канавок глубиной 2.5 мм, шириной 1.1 мм (рис. 3.3), в которые при сборке укладываются WLS волокна. Толщина слоя полистирола - 5 мм, слоя кадмия - 200 мкм. Каждый слой сцинтиллятора с двух сторон покрыт светоотражающей бумагой. Схема детектора приведена на рис. 3.4 [79- 82].
Для постановки эксперимента был использован импульсный генератор нейтронов марки ИНГ-101 [83], производимый институтом ВНИИА им. Н.Л. Духова. Характерной особенностью этого ИНГ является возможность генерации импульсных потоков быстрых нейтронов с выходом нейтронов с энер гией 14 МэВ, в импульсе до 10 нейтр/имп (для тритиевой мишени) или нейтронов с энергией 2,2 МэВ, в импульсе до 5 10б нейтр/имп (для дейтериевой мишени), частотой генерации до 100 Гц и длительностью нейтронных импульсов до 5 мкс. Характеристики ИНГ приведены в таблице 3.1. Для запуска ИНГ использовался генератор импульсов Г5-88 [84].
Нейтронный детектор был установлен на одной осевой линии с ИНГ на расстоянии 1,33 м от него. Поток нейтронного и фотонного излучения возникающий во время возникновения нейтронного импульса не коллимировался и не ослаблялся. Появление нейтронного импульса контролировалось монитором, содержащим детектор нейтронов Lil(Eu) в замедлителе и управлялось с помощью БЭ ИНГ и генератора импульсов Г5-88. С помощью монитора определялась интенсивность нейтронного потока, а генератор управлял частотой следования нейтронных импульсов. Разделение гамма-излучения, возни кающего во время генерации нейтронного импульса, от захватного гамма-излучения, происходило с помощью задержки процесса регистрации событий, которая составляла 5 мкс. Счет нейтронных событий показан на рис. 3.5. Приведено число зарегистрированных событий во временных окнах длительностью 2 мкс. Задержка в 5 мкс выбрана для обеспечения разделения ядерных частиц, возникающих в момент генерации нейтронного импульса, от регистрации нейтронов по захватному гамма-излучению. Для сопоставления времени генерации нейтронного импульса со временем регистрации нейтронов в детекторе на первый вход осциллографа подавался сигнал от ИНГ.
При испытании детектора нейтронный поток контролировался с помощью монитора на основе детектора Lil(Eu). Монитор был откалиброван таким образом, что при расстоянии от ИНГ до детектора равном 334 дюйма (848,36 см) один импульс детектора соответствует флюенсу равному одному нейтрону на см . На рис. 3.6 (а,б) приведены амплитудные спектры монитора, полученные в одном из циклов ИНГ. Таким образом, площадь под распределением рис.3.6 (б) соответствует количеству нейтронов, испущенных ИНГ за один цикл. Эти данные использованы при расчете эффективности регистрации нейтронов моделью детектора.
Для увеличения эффективности регистрации нейтронов был проведен дополнительный эксперимент. В котором детектор был окружен с боковых сторон полиэтиленовым замедлителем толщиной 5 см. Это привело к увеличению эффективности регистрации на 2-3 %. Этот результат подтверждает результаты расчетов, приведенные в главе 3, в которой показано, что с увеличением размеров детектора эффективность регистрации увеличивается.
Пространственное распределение альфа-частиц, возникающих в НД
В данном разделе рассмотрены пространственные распределения координат мест регистрации нейтронов слоями сцинтилляторов НД. Эти координаты практически совпадают с координатами мест возникновения альфа-частиц в результате взаимодействия нейтрона с 10В в слоях борного сцинтил-лятора НД. Эти пространственные распределения при падении протона с энергией 1000 ГэВ и электрона с энергией 400 ГэВ представлены на рис. 4.10 и 4.11.
Пространственные распределения проекций возникающих альфа-частиц на плоскость YZ для всех слоев НД, в случаях, когда по оси телескопа ОХ падает либо протон с энергией 1000 ГэВ, либо электрон с энергией 400 ГэВ представлены на рис. 4.12 и 4.13.
Как было отмечено в главе 4 слои НД, содержащие сцинтилляторы состоят из полос сцинтилляторов с независимым сбором света, шириной 10 см. Ориентация соседних слоев различна. Таким образом, НД позволяет наблюдать пространственное распределение точек регистрации нейтронов с дискретностью 10x10 см . На рис. 4.14 и 4.15 приведены распределения количества зарегистрированных нейтронов по взаимно перпендикулярным полосам сцинтилляторов с бором. А на рис. 4.16-4.17 и 4.18-4.19 параметры их аппроксимации нормальным распределением. Из приведенных результатов следует, что «протонное» пространственное распределение более узкое, чем «электронное», но указанное отличие не настолько велико, чтобы его можно было использовать для идентификации каскадов.
Пространственные распределения альфа-частиц в плоскости YZ в НД были получены не только для попадания первичных частиц в центр телескопа, но и при различных смещениях. На рис. 4.20 и 4.21 представлены результаты, полученные при падении электрона с энергией 400 ГэВ и протона с энергией 1000 ГэВ вдоль оси ОХ с точку координатами z = 25 см и у = 0 см.
Согласно графикам, пространственное и количественное распределение зарегистрированных нейтронов позволяет и в этом случае уверенно разделять адронные и лептонные каскады. Число зарегистрированных нейтронов в протонном каскаде превышает более, чем в 10 раз их количество в электронном. В таблице 4.1 показаны соотношения чисел зарегистрированных нейтронов в протонном каскаде и электронном каскаде для различных энергий первичных частиц.
Кроме случаев попадания частиц в гамма-телескоп сверху, рассмотрено развитие каскадов и регистрация нейтронов НД при попадании частиц в калориметры телескопа сбоку. На рис. 4.22(a) и (б) показаны схемы развития электромагнитного и адронного каскадов в том случае, когда электрон с энергией 400 ГэВ, либо протон с энергией 1 ТэВ падает на калориметр КК2 с боку. В указанном здесь случае число зарегистрированных нейтронов в протонном каскаде примерно в 30 раз превышает число зарегистрированных нейтронов в электронном каскаде.
Похожие диссертации на Нейтронный детектор космического гамма-телескопа "ГАММА-400"
-
