如何探测高能粒子？

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  凉生ZSH 2013-11-03 00:00:00

  高能粒子探测器 高能粒子探测器是探测高能(109电子伏以上能量)粒子的器件或装置，其原理基于粒子与物质的相互作用。高能粒子探测器通常分为计数器和径迹室两类。 计数器：记录、分析粒子在其中产生的电脉冲信息，在高能实验中常见的有多丝室、漂移室、闪烁计数器、契伦科夫计数器、穿越辐射计数器、电磁量能器和强子量能器等。 多丝室和漂移室：多丝室内有许多电位丝和信号丝，充入气体，工作原理与正比计数管相似，可以给出粒子的位置、dE/dx等信息，有较好的位置分辨力。漂移室采用测量电子漂移到信号丝的时间来定位的方法，因而大大减少了丝和电子学线路的数目，并提高了位置分辨力(可达数十微米)。漂移室根据结构和性能特点分为多丝漂移室、均匀电场漂移室和可调电场漂移室三类。新出现的喷注室和时间投影室，在高能粒子物理实验中也有较大的作用。新型的多步雪崩室、时间扩展室和自猝灭流光室等，也受到了很大的注意。 闪烁计数器：常用的是塑料闪烁计数器和液体闪烁计数器。其特点是易于制成大面积，对带电粒子探测效率接近，允许计数率高，时间分辨率很好，便于测量飞行时间。大面积塑料闪烁计数器的时间分辨力已达到0.2纳秒。 契伦科夫计数器：带电粒子在透明介质中运动，当其速度超过光在该介质中的传输速度时，就会产生微弱的可见光──契伦科夫辐射光。它的辐射角与粒子速度有关，因而提供了一种测量带电粒子速度的方法。工作介质可以是固体、液体或气体。它按结构和工作方式可分为阈式、微分式和光学校正式三类。后两种有较高的速度分辨本领。契伦科夫计数器常用于鉴别动量相同而质量各异的粒子。 穿越辐射计数器：高速带电粒子穿过两种介质的界面会产生穿越辐射，其辐射能量与粒子能量成正比。在粒子速度极高，十分接近光速时，用飞行时间和契伦科夫计数器都无法通过分辨速度来鉴别粒子，而穿越辐射计数器提供了鉴别该能区高能粒子的新方法。 电磁量能器：高能电子或γ光子在介质中会产生电磁簇射，其次级粒子总能量损失与入射粒子总能量成正比。因此，一旦收集到总能量损失即可确定粒子的总能量。电磁量能器分为全吸收型如碘化钠()、锗酸铋、铅玻璃等和取样型两种。后者由取样计数器与铅板交迭而成。取样计数器可以是液氩电离室、塑料闪烁计数器和多丝室。 强子量能器：高能强子在介质中会产生强子簇射。收集到总电离电荷即可确定强子总能量，通常采用闪烁计数器或多丝室与铁(铀)板交迭而成。 径迹室：用于记录、分析粒子产生的径迹图像。常见的有火花室、流光室、云室和泡室。 火花室和流光室：它们都是充气室，并需要较高的电压。离子在强电场中运动产生“雪崩”。“雪崩”发展过程中先产生流光，后产生火花。形成流光的时间很短(10纳秒左右)，因此流光室具有较好的时间特性，它和火花室都具有较好的空间分辨力(约200微米)。它们除能照相显示粒子径迹外，还能记录电脉冲信号。小间隙平面火花室可获得几十皮秒的时间分辨力。 云室和泡室：入射粒子沿径迹产生的离子集团，在过饱和蒸汽中形成冷凝ZX，结成液滴(云室)；在过热液体中形成汽化ZX，变成气泡(泡室)。这两种径迹室都采用照相记录方式。泡室有较好的位置分辨力(Z高达几微米)，与计数器联用作为顶点探测器，可测量短寿命粒子，快循环泡室则能提高事例记录效率。 以上的探测器与你所说的并不相像。你所说的，更像是体积小、比较简单的盖革计数器： 盖革计数器是根据射线对气体的电离性质设计成的。其探测器(称“盖革管”)的通常结构是在一根两端用绝缘物质密闭的金属管内充入稀薄气体(通常是掺加了卤素的稀有气体，如氦、氖、氩等)，在沿管的轴线上安装有一根金属丝电极，并在金属管壁和金属丝电极之间加上略低于管内气体击穿电压的电压。这样在通常状态下，管内气体不放电；而当有高速粒子射入管内时，粒子的能量使管内气体电离导电，在丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象，从而输出一个脉冲电流信号。通过适当地选择加在丝极与管壁之间的电压，就可以对被探测粒子的Z低能量，从而对其种类加以甄选。 盖革计数器也可以用于探测γ射线，但由于盖革管中的气体密度通常较小，高能γ射线往往在未被探测到时就已经射出了盖革管，因此其对高能γ射线的探测灵敏度较低。在这种情况下，碘化钠闪烁计数器则有更好的表现。

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