Urychlovače a detektory částic Poznámky a ilustrace

Detektory částic detekce nabitých částic (např. alfa, beta…) Typy detektorů: a) jen registrují b) zobrazují trajektorii

Ionizační komory plynem plněné (ionizační) detektory: měří ionizaci produkovanou průchodem nabité částice prostředím. elektrické pole → páry elektron-iont driftují k elektrodám → počet párů úměrný předané energii → elektrický signál úměrný předané energii Složení detektoru: 1) Komora naplněná lehce ionizovatelným materiálem 2) Katoda a anoda a vysoké napětí mezi nimi

Příklad: Geiger-Müllerův počítač

Příklad: Geiger-Müllerův počítač Hans Geiger, Walter Müller, 1928 válcová kadota, anoda z tenkého drátu, argon; napětí cca 1000 V částice proletí trubicí → vznikne několik párů elektronů a kladných iontů – primární ionizace → těžké ionty pomalu ke katodě, lehké elektrony šmahem k anodě – cestou ionizují další molekuly plynu – sekundární ionizace → elektronová lavina → proudový impuls K zaregistrování další částice nutno uvést do původního stavu: a) elektronicky (snížením napětí elektrod), b) přidáním zhášecího plynu (etylén)

Scintilační detektory luminiscence – vnikne-li do krystalu vhodné látky nabitá částice nebo foton, přeskočí elektron na vyšší hladinu; při návratu se uvolní energie: záblesk látky: nutná jistá příměs: ZnS+Ag, ZnS+Cu, NaI+Tl záblesk je slabý, nutno zesílit – fotonásobič

Fotonásobič

Čerenkovovy počítače Čerenkovo záření – 1934 – vzniká, jestliže do izolantu vletí nabitá částice větší rychlostí, než je rychlost světla v tomto izolantu

Jaderné fotoemulze přítomnost AgBr → po ozáření zčernání → vyredukuje se Ag → stopa vyšší obsah bromidu (až 85 %), tlustší vrstvy, větší citlivost. Často při studiu kosmického záření.

Mlžná komora uzavřený objem vyplněný plynem a příměsí nasycených par průlet nabité částice + přesycené páry → kondenzace par na iontech → fotografie osvětlené stopy z kapiček. umístění v magnetickém poli – zakřivení trajektorie, možnost měření náboje Podle získávání nasycených par: a) expansní (Wilsonova – Charles Thomson Wilson, 1911) b) difusní

Wilsonova komora (CERN – 1961)

Bublinové komory Donald Arthur Glaser (1952) nádrž s kapalinou těsně pod bodem varu → nabitá částice + přehřátá kapalina → var v okolí iontů → fotografie osvětlených bublinek. Náplň např. kapalný vodík, deuterium, propan, xenon či freon. Umístění v magnetickém poli. Přesnost polohy ~ 200 μm.

Bublinové komory

Jiskrové komory kovové desky několik cm od sebe, mezi vzácný plyn U menší než je nutné pro zapálení výboje vletí částice → ionizace → jiskrový výboj → pozoruje se mikroskopem elektrony a ionty utečou k deskám – vnitřní pole – sníží se dočasně napětí → napěťový impuls → detekce

Výbojové komory

Lineární urychlovač vysokofrekvenční elektrické pole, délka až 3 km, 20 GeV

a) Cyklotron (Ernest Lawrence, 1901-1958, 1931) duanty – polokruhové komory z neferomagnetika (měď), střídavé elektrické napětí, při přechodu mezi duanty se částice urychlí, celé mezi silnými (1,5 T) elektromagnety mezi se urychlí el. polem, duanty však stíněny elektricky (ne magneticky, diamagnetikum!), kruhová trajektorie selhává nad 50 MeV z principiálních důvodů: dle STR se zvětší hmotnost – roste doba oběhu – nutno přizpůsobit tomu frekvenci

Cyklotron

b) fázotron dle STR se zvětší hmotnost – roste doba oběhu – nutno přizpůsobit tomu frekvenci velké poloměry – tedy velký magnet – drahé c) synchrotron jiná metoda: mění se magnetické pole tak, aby poloměr trajektorie zůstal stejný, urychlovač tvaru prstence velkých rozměrů, pole jen v tom prstenci d) synchrofázotron mění se frekvence urychlovacího napětí i magnetické pole, urychlují se protony na energie řádu TeV