ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2008, № 2, с. 5-11
_ ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО _
- ЭКСПЕРИМЕНТА -
УДК 539.1.07
МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ФАЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЯДЕРНОЙ МУЛЬТИФРАГМЕНТАЦИИ
© 2008 г. В. В. Киракосян, А. В. Симоненко, С. П. Авдеев, В. А. Карнаухов, W. Karcz*, I. Skwircz y nska*, B. Czech*
Объединенный институт ядерных исследований Россия, 141980, Дубна Московской обл., ул. Жолио-Кюри, 6 * H. Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics, 31-342 Cracow, Poland Поступила в редакцию 27.04.2007 г.
Описана модернизированная 4п-установка ФАЗА для изучения мультифрагментации мишени под действием релятивистских легких ядер на сверхпроводящем ускорителе "Нуклотрон" Объединенного института ядерных исследований. Основное внимание уделено новому детекторному модулю, состоящему из 25 телескопов-спектрометров и предназначенному для измерения корреляций по относительным скоростям между фрагментами промежуточных масс, что является необходимым условием для изучения динамики процесса мультифрагментации.
PACS: 25.70.Pq, 29.30.-h, 29.40.Cs, 29.50.+V
ВВЕДЕНИЕ
Основным механизмом распада высоковозбужденных ядер является процесс взрывного типа - мультифрагментация. Ядерная мультифраг-ментация протекает за очень короткое время и характеризуется множественным образованием фрагментов промежуточной массы (3 < Ъ < 20). Этот процесс происходит после значительного расширения ядра за счет теплового давления. Исследование ядерного вещества при малых плотностях и больших энергиях возбуждения позволяет получить информацию о фазовых переходах "жидкость-туман" и "жидкость-газ" в конечных ядрах. С начала 80-х годов прошлого столетия и по сей день эта проблема остается актуальной. В мире продолжают работать около дюжины 4п-установок различной сложности. Экспериментальное изучение таких сложных систем возможно только при проведении многопараметрических измерений на установках с 4п-геометрией.
В данной статье описана очередная модернизация установки ФАЗА, связанная, главным образом, с многодетекторным модулем, что позволит значительно расширить исследовательские возможности в понимании феномена фазового перехода в ядерной материи. Многодетекторная установка ФАЗА предназначена для систематического изучения ядерной мультифрагментации под действием релятивистских легких ядер (от протонов до ядер кислорода). Предыдущие варианты установки описаны в публикациях [1, 2]. Установка размещена на пучке сверхпроводящего уско-
рителя "Нуклотрон" Объединенного института ядерных исследований.
Применение нового модуля, состоящего из 25-ти телескопов-спектрометров, позволит измерить корреляции генетически связанных фрагментов по относительным скоростям и относительному углу и повысить эффективность триггера в несколько раз. С новым модулем также связаны надежды на определение полной временной шкалы процесса.
В работе дано краткое описание электронного оборудования и программного обеспечения установки, которое используется в настоящее время.
КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ ФАЗА
Современный вид установки ФАЗА представлен на рис. 1. Механическую основу конструкции составляет металлический каркас диаметром ~1 м, имеющий вид додекаэдра с двенадцатью гранями для крепления десяти фланцев с детекторами и двух фланцев для размещения всей конструкции на оси пучка. На последних двух фланцах, за исключением их центральной части, где проходит пучок через входную и выходную трубы, также размещены детекторы.
Вся камера, включая трубы, находится в вакууме. Использовавшийся ранее турбомолекуляр-ный насос ТМН-500 заменен новым, современным и намного более компактным насосом ВМН-500. Для контроля вакуума в систему вмонтирован датчик с "холодным" катодом ПММ-32-1, являющийся составной частью магнитно-блокировочно-
Рис. 1. Общий вид установки ФАЗА. 1 - триггерный телескоп-спектрометр; 2 - сцинтилляционные счетчики; 3 - детекторный модуль.
го вакуумметра ВМБ-14. Для удобства монтажа предусмотрена возможность поворота установки вокруг линии пучка. Снятие и установка укомплектованных детекторных модулей из-за значительного их веса (свыше 50 кг) осуществляется с помощью специально сконструированной "механической руки", размещенной на общей с установкой ФАЗА платформе. В центре вакуумной камеры под углом 45° к падающему пучку расположена мишень из золота (фольга размером 60 х 60 мм и толщиной 1-2 мг/см2). Мишень закреплена на четырех тонких (25 и 8 мкм) вольфрамовых нитях, которые натянуты на И-образ-ный держатель из плексигласа, причем две нити меньшей толщины использованы для крепления центральной части мишени. Мишень можно ди-
станционно выводить из пучка без нарушения вакуума. Для энергетической калибровки детекторов предусмотрено также введение в центр вакуумной камеры а-источника 241Am. Источник нанесен электролизом на шарик из нержавеющей стали (010 мм).
Вокруг мишени расположены следующие детекторы.
- 30 телескопов-спектрометров двух конфигураций, предназначенных для идентификации частиц Д£-Е-методом и составляющих триггерную часть установки. Геометрия размещения детекторов на установке представлена в таблице. Пять телескопов первой конфигурации состоят из трех частей: пропорционального счетчика, ионизационной камеры и полупроводникового Si-детекто-ра [2]. 25 телескопов второй конфигурации смонтированы в один детекторный модуль, который подробно будет описан ниже.
- Один телескоп-детектор для регистрации высокоэнергетичных легких фрагментов (Li, Be, B, C) вплоть до энергий ~200 МэВ. Он содержит кремниевый детектор (23 мг/см2, d = 80 мм), разделенный на восемь равных чувствительных секторов, и кристалл CsI (1800 мг/см2, S ~ 150 см2).
- 57 сцинтилляционных счетчиков, выполненных из пленочных сцинтилляторов CsI(Tl) большой площади (20-25 мг/см2, S ~ 150 см2) с одинаковыми телесными углами [3]. В совокупности они составляют детектор множественности фрагментов, назначение которого - регистрировать фрагменты с Z > 3, определять их множественность и направление вылета из мишени.
\
V
Рис. 2. Общий вид детекторного модуля, состоящего из 25 телескопов-спектрометров.
ДЕТЕКТОРНЫЙ МОДУЛЬ
Детекторный модуль (рис. 2) состоит из 25-ти телескопов-спектрометров, предназначенных для измерения энергии фрагментов, различных углов вылета (полный телесный угол =0.2716 ср) и идентификации по заряду Z. Телескопы-спектрометры плотно размещены на одном стандартном фланце, занимают 1/46 часть всей поверхности установки ФАЗА и позволяют наблюдать угловые корреляции фрагментов в диапазоне 37° < Qrel < 87° с лучшей дискретностью, чем это было возможно в предыдущих вариантах установки.
Исследования временной шкалы процесса мультифрагментации проводятся путем определения корреляционной функции по относительному углу генетически связанных фрагментов. В каждом событии один фрагмент регистрируется АЕ-Е-телескопом, а другие - детектором множественности фрагментов, т.е. идентификация фрагмента по заряду есть только в одном плече совпадений. Модернизация позволит идентифицировать заряд нескольких фрагментов в каждом событии, что повысит надежность измерений и даст возможность измерить корреляции по относительным скоростям.
Каждый телескоп-детектор (рис. 3) состоит из двух частей: ионизационной камеры (АЕ) и полупроводникового детектора (Е). Корпус телескопов-детекторов выполнен из дюралюминия и имеет форму усеченного конуса длиной 83 мм с диаметрами 64 и 54 мм соответственно. Входное окно сделано из майларовой пленки толщиной 1.5 мкм, которая крепится на сетке из латуни толщиной 2 мм и прозрачностью 74%. Ионизационная камера имеет цилиндрическую форму с диаметром рабочей части 30 мм и длиной 35 мм. Катод изготовлен из латуни и заземлен, а анодом служит нить из золота диаметром 0.5 мм, которая укреплена на стеклянных трубках диаметром 3 мм с толщиной стенок 1 мм. Через металлическую нить, расположенную в одной из этих трубок, на анод подается напряжение 600 В. Для уменьшения краевых эффектов другой конец анодной нити запаян в стеклянную трубку, а с обеих сторон камеры установлены пленки с золотым напылением, которые тоже заземлены. Рабочий объем заполнен метаном (CH4) при давлении 75 Торр.
Конструкция ионизационной камеры обеспечивает собирание заряда поперек трека частиц. Это позволяет снизить вероятность рекомбинации при регистрации ядерных фрагментов. Выбор толстой анодной нити обусловлен необходи-
Полярные 0 и азимутальные ф углы размещения телескопов-спектрометров на установке ФАЗА относительно вектора пучка
№ детектора 0,градус ф,градус
1 72.9317 -91.1447
2 69.9568 -102.3301
3 52.1790 -97.9265
4 44.4367 -87.7990
5 37.0799 -68.3803
6 42.3863 -60.8404
7 48.4932 -48.2925
8 65.4432 -40.3691
9 69.9388 -51.2393
10 80.8915 -51.1650
11 86.5268 -61.0165
12 87.8990 -79.0203
13 83.7752 -89.5650
14 65.5319 -82.1431
15 62.3832 -93.6865
16 54.9636 -84.4290
17 48.2076 -73.7302
18 58.9585 -72.4477
19 53.2115 -61.4128
20 59.1535 -50.4931
21 63.9628 -61.5430
22 74.7951 -61.3739
23 80.8845 -73.4888
24 69.7195 -72.5719
25 76.2504 -80.4744
26 24.0000 -85.0000
27 87.0000 67.0000
28 156.0000 59.0000
29 68.0000 -62.0000
30 112.0000 82.0000
Рис. 3. Схема телескопа-спектрометра. 1 - корпус; 2 - полупроводниковый детектор; 3 - катод; 4 - анод; 5 - пленки с золотым напылением; 6 - входное окно; 7 - опорная сетка.
(а)
200
400
600
800 нс
(б)
50 100 150 200 250 300 Время задержки, нс
Рис. 4. Кривая совпадений логических импульсов одного телескопа после дискриминатора быстрых аналоговых сигналов (а) и зависимость эффективности от времени задержки между Е и АЕ, измеренная в общей системе сбора данных (б).
мостью обеспечить эффективное и быстрое собирание заряда из всего объема регистрации.
Остаточная энергия Е частиц определяется полупроводниковым кремниевым детектором с рабочим диаметром 40 мм и толщиной 750 мкм, достаточной для полной остановки фрагментов с X > 3 (высокоэнергетические а-частицы и ядра лития частично простреливают детектор, оставляя лишь часть своей энергии). Используемый пассивированный ионно-имплантированный пла-нарный детектор имеет ряд преимуществ по сравне
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.