Изобретение относится к области детекторов частиц и может быть использовано для регистрации нейтральных и заряженных частиц в исследованиях по физике высоких энергий и ядерной физике.The invention relates to the field of particle detectors and can be used to detect neutral and charged particles in studies in high energy physics and nuclear physics.
Известны конструкции модулей калориметров с чередующимися слоями поглотителя и сцинтиллятора, в которых собирание сцинтилляционного света осуществляется с помощью спектросмещающих волокон, проходящих через отверстия в пластинах поглотителя и сцинтиллятора параллельно оси модуля (F.Barreiro et al. NIM A254 (1987) 26-34, J. Badier et al., NIM A348 (1994) 74-86, G.S.Atoyan et al. NIM A320 (1992) 144-154).Known designs of modules of calorimeters with alternating layers of absorber and scintillator, in which the scintillation light is collected using spectroscopic fibers passing through holes in the plates of the absorber and scintillator parallel to the axis of the module (F.Barreiro et al. NIM A254 (1987) 26-34, J Badier et al., NIM A348 (1994) 74-86, GS Atoyan et al. NIM A320 (1992) 144-154).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является конструкция электромагнитного калориметра (J. Badier et al., NIM A348 (1994) 74-86), состоящего из 75 пар чередующихся пластин свинца и сцинтиллятора с поперечными размерами 47×47 мм2 и толщиной 2 мм и 4 мм соответственно и 25 спектросмещающих волокон, проходящих через пластины свинца и сцинтиллятора параллельно оси модуля. В пластинах свинца и сцинтиллятора сделаны 25 отверстий с шагом 9.4 мм и диаметром 1.3 мм в сцинтилляторе и 1.5 мм в свинце. Через эти отверстия проходят спектросмещающие волокна диаметром 1.2 мм. Расположение спектросмещающих волокон вдоль оси модуля является существенным недостатком таких калориметров, так как приводит к сильной угловой зависимости отклика детектора и его энергетическое разрешения, особенно для малых углов падения частиц относительно оси модуля. Угловая зависимость возникает из-за неэффективной регистрации частиц в зонах, где спектросмещающие волокна проходят через пластины поглотителя и сцинтиллятора. Так при углах меньших 50 мрад наблюдается неоднородность отклика в несколько десятков процентов, а при углах меньших 5 мрад частицы, попадающие в районы размещения волокон, вообще не регистрируются. Этот недостаток сильно ограничивает возможность использования калориметров данного типа в физических экспериментах.The closest technical solution selected as a prototype is the design of an electromagnetic calorimeter (J. Badier et al., NIM A348 (1994) 74-86), consisting of 75 pairs of alternating lead and scintillator plates with transverse dimensions of 47 × 47 mm 2 and 2 mm and 4 mm thick, respectively, and 25 spectroscopic fibers passing through lead and scintillator plates parallel to the axis of the module. 25 holes were made in lead and scintillator plates with a pitch of 9.4 mm and a diameter of 1.3 mm in the scintillator and 1.5 mm in lead. Spectroscopic fibers with a diameter of 1.2 mm pass through these holes. The arrangement of spectroscopic fibers along the axis of the module is a significant drawback of such calorimeters, since it leads to a strong angular dependence of the response of the detector and its energy resolution, especially for small angles of incidence of particles relative to the axis of the module. The angular dependence arises due to the ineffective registration of particles in areas where the spectroscopic fibers pass through the absorber and scintillator plates. So, at angles less than 50 mrad, a response inhomogeneity of several tens of percent is observed, and at angles less than 5 mrad, particles falling into the fiber distribution areas are not recorded at all. This drawback greatly limits the possibility of using this type of calorimeter in physical experiments.
Техническими результатами данного изобретения являются отсутствие неоднородности отклика и неэффективность регистрации частиц при малых углах падения частиц относительно оси модуля. Предлагаемый модуль калориметра содержит по 155 чередующихся пластин свинца и сцинтиллятора с поперечными размерами 38,2×38,2 мм2 и толщиной 0,8 мм и 1,5 мм соответственно и 16 спектросмещающих волокон, проходящих через пластины свинца и сцинтиллятора по спирали, ось которой параллельна оси модуля. На фиг. 1 показан общий вид модуля калориметра и вид сбоку и сверху его передней части. Модуль собран из пластин свинца 1, пластин сцинтиллятора 2 и спектросмещающих волокон 3. Модуль собран из 16 типов пластин свинца и сцинтиллятора, центры отверстий в которых для каждого типа сдвинуты по горизонтали и вертикали на несколько десятых долей миллиметра (Фиг.2, типы пластин указаны цифрами от 1 до 16). Такое расположение отверстий обеспечивает спиральное расположение спектросмещающих волокон.The technical results of this invention are the lack of response heterogeneity and the inefficiency of particle registration at small angles of incidence of particles relative to the axis of the module. The proposed calorimeter module contains 155 alternating lead and scintillator plates with transverse dimensions of 38.2 × 38.2 mm 2 and a thickness of 0.8 mm and 1.5 mm, respectively, and 16 spectroscopic fibers passing through the lead and scintillator plates in a spiral axis which is parallel to the axis of the module. In FIG. 1 shows a general view of the calorimeter module and a side and top view of its front part. The module is assembled from lead plates 1, scintillator plates 2 and spectroscopic fibers 3. The module is assembled from 16 types of lead and scintillator plates, the hole centers in which for each type are shifted horizontally and vertically by several tenths of a millimeter (Figure 2, the types of plates are indicated numbers from 1 to 16). This arrangement of the holes provides a spiral arrangement of spectroscopic fibers.
Измерения на тестовых пучках электронов и моделирование методом Монте-Карло показали, что модуль калориметра со спиральным расположением спектросмещающих волокон имеет 100% эффективность регистрации частиц даже при нулевом угле между направлением падения частиц и осью модуля, и неоднородность отклика при этом не превышает ±1%.Measurements on test electron beams and Monte Carlo simulations showed that a spiral-displacement calorimeter module has 100% particle detection efficiency even at a zero angle between the direction of particle incidence and the module axis, and the response heterogeneity does not exceed ± 1%.