Электронное антисовпадение
Электронное антисовпадение — это метод (и связанное с ним оборудование), широко используемый для подавления нежелательных, «фоновых» событий в физике высоких энергий , экспериментальной физике элементарных частиц , гамма-спектроскопии , гамма-астрономии , экспериментальной ядерной физике и смежных областях.
В типичном случае происходит желаемое высокоэнергетическое взаимодействие или событие , которое обнаруживается каким-то детектором , создавая быстрый электронный импульс в соответствующей ядерной электронике . Но желаемые события смешиваются со значительным количеством других событий, производимых другими частицами или процессами, которые создают в детекторе неразличимые события. Очень часто можно организовать другие физические фотонов или детекторы частиц для перехвата нежелательных фоновых событий, производя по существу одновременные импульсы, которые можно использовать с быстрой электроникой для подавления нежелательного фона.
Гамма-астрономия
[ редактировать ]Первые экспериментаторы в области рентгеновской и гамма-астрономии обнаружили, что их детекторы, установленные на воздушных шарах или зондирующих ракетах , были повреждены большими потоками высокоэнергетических фотонов и космических лучей событиями заряженных частиц . Гамма-лучи, в частности, можно было коллимировать , окружив детекторы тяжелыми защитными материалами из свинца или других подобных элементов, но быстро было обнаружено, что высокие потоки очень проникающего излучения высокой энергии, присутствующие в ближней космической среде, создают ливни вторичных частиц , которые не могли быть остановлены разумными экранирующими массами. Для решения этой проблемы детекторы, работающие с напряжением выше 10 или 100 кэВ, часто окружали активным антисовпадительным экраном из какого-либо другого детектора, который можно было использовать для подавления нежелательных фоновых событий. [1]
Ранний пример такой системы, впервые предложенный Кеннетом Джоном Фростом в 1962 году, показан на рисунке. Он имеет активный CsI (Tl) сцинтилляционный экран вокруг детектора рентгеновского / гамма-излучения, также из CsI (Tl), причем оба детектора соединены по принципу электронного антисовпадения для отклонения нежелательных событий заряженных частиц и обеспечения необходимой угловой коллимации. [2]
Пластиковые сцинтилляторы часто используются для отклонения заряженных частиц, в то время как более толстый CsI, германат висмута («BGO») или другие активные экранирующие материалы используются для обнаружения и запрета событий гамма-излучения некосмического происхождения. Типичная конфигурация может включать сцинтиллятор NaI , почти полностью окруженный толстым антисовпадающим экраном CsI, с отверстием или отверстиями, позволяющими желаемым гамма-лучам проникать из изучаемого космического источника. На передней панели можно использовать пластиковый сцинтиллятор, который достаточно прозрачен для гамма-лучей, но эффективно отклоняет высокие потоки протонов космических лучей , присутствующих в космосе.
Комптоновское подавление
[ редактировать ]В гамма-спектроскопии комптоновское подавление — это метод, который улучшает сигнал путем удаления данных, которые были искажены падающим гамма-лучем, в результате чего Комптон рассеивается из детектора, прежде чем передать всю его энергию. Цель — минимизировать фон, связанный с эффектом Комптона ( комптоновский континуум ). в данных [3] [4]
Детекторы из твердого германия высокой чистоты (HPGe), используемые в гамма-спектроскопии, имеют типичный размер в несколько сантиметров в диаметре и толщину от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров. Для детекторов такого размера гамма-лучи могут комптоновски рассеиваться из объема детектора прежде, чем они отдадут всю свою энергию. В этом случае показания энергии системой сбора данных будут неудовлетворительными: детектор регистрирует энергию, которая составляет лишь часть энергии падающего гамма-излучения. [3]
Чтобы противодействовать этому, дорогой и маленький детектор с высоким разрешением окружен более крупными и дешевыми детекторами с низким разрешением, обычно сцинтиллятором (наиболее распространенными являются NaI и BGO). [4] Детектор подавления защищен от источника толстым коллиматором и работает в антисовпадении с основным детектором: если они оба обнаруживают гамма-лучи, он должен рассеяться за пределы основного детектора, прежде чем передать всю свою энергию. поэтому показания Ge игнорируются. Сечение взаимодействия гамма-лучей в детекторе подавления больше, чем у основного детектора, как и его размеры, поэтому маловероятно, что гамма-луч выйдет за пределы обоих устройств. [3]
Ядерная физика и физика элементарных частиц
[ редактировать ]Современные эксперименты в области физики ядра и частиц высоких энергий почти всегда используют быстрые схемы антисовпадений, чтобы наложить вето на нежелательные события. [5] [6] Желаемые события обычно сопровождаются нежелательными фоновыми процессами, которые должны быть подавлены огромными факторами, от тысяч до многих миллиардов, чтобы позволить обнаружить и изучить желаемые сигналы. Крайние примеры такого рода экспериментов можно найти на Большом адроном коллайдере , где огромные детекторы Атласа и CMS должны отклонять огромное количество фоновых событий с очень высокой скоростью, чтобы изолировать очень редкие искомые события.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лоуренс Э. Петерсон, Инструментальная техника в рентгеновской астрономии . Ежегодный обзор астрономии и астрофизики 13 , 423 (1975)
- ^ [1] К. Дж. Фрост и Э. Д. Роте, Детектор для астрономического эксперимента по гамма-излучению низкой энергии, Proc. 8-й симпозиум по борьбе с сцинтилляцией, Вашингтон, округ Колумбия, 1–3 марта 1962 г. IRE Trans. Нукл. наук, НС-9, № 3, стр. 381-385 (1962).
- ^ Jump up to: а б с «Примечание по применению: спектрометрия комптоновского подавления» (PDF) . scionix.nl . Проверено 8 января 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Нолл, Гленн Ф. Обнаружение и измерение радиации , 2000. John Wiley & Sons, Inc.
- ^ Э. Сегре (ред.). Экспериментальная ядерная физика, 3 т. Нью-Йорк: Уайли, 1953–59.
- ^ Э. Сегре. Ядра и частицы. Нью-Йорк: WA Бенджамин, 1964 (2-е изд., 1977).