Исследования свойств PWO кристаллов, проводимые в ИФВЭ в рамках эксперимента ПАНДА

Введение
Установка и процедура измерений
Некоторые результаты исследований.
Список публикаций

Введение.

Проведенные в ИФВЭ в начале 90-х годов исследования показали, что кристаллы из вольфрамата свинца обладают свойствами, необходимыми для презизионных измерений электромагнитных ливней в физике высоких энергий. Mонокристалл вольфрамата свинца используется как детектор полного поглощения электронов и фотонов при создании электромагнитных калориметров экспериментальных установок. Энергетическое разрешение PWO детекторов (см. картинку справа) удовлетворяет требованиям современных экспериментов, при этом детектор получается очень компактным.

Для увеличения световыхода PWO применяются охлаждающие системы, позволяющие понизить температуру сцинтилляционных детектирующих элементов, так как в диапазоне температур от -25С до 25С световыход детектирующих элементов на основе кристаллов вольфрамата свинца растет при уменьшении температуры с темпом примерно (-3%/оС). В то же время проведенные ранее исследования показали, что свойства кристаллов под действиям радиации меняются. Для сохранения прецизионного разрешения электромагнитных калориметров из кристаллов свинца при действии на них радиационного облучения спектром частиц в современных и планируемых экспериментах необходим выбор технологии выращивания радиационно-стойких кристаллов. Вместе с тем, наблюдено, что потеря прозрачности при облучении резко возрастает с уменьшением температуры. В 2006-2007 годах продолжились эти исследования в ИФВЭ при разных температурах в диапазоне от +200С до -250С с целью выбора рабочей температуры, где соотношение увеличения световыхода от понижения температуры и падения прозрачности от облучения при этой температуре является оптимальным. Решение этих задач крайне критично для калориметров, предназначенных для регистрации фотонов и электронов низких энергий, в частности для экспериментов ALICE в CERN и PANDA в GSI, а также для проектируемого нового поляризационного эксперимента в ИФВЭ.

Установка и процедура измерения

Установка состоит из следующих основных частей

1. Специализированный источник гамма излучения. (Для облучения кристаллов использовался гамма-радиоактивный источник Cs-137, c активностью 5*10¹² распадов в секунду. Энергия гамма-квантов 0.66 МэВ.)
2. Светонепроницаемый теплоизолированный бокс с фотоумножителями световодами и термодатчиками, в который вставляется перезаряжаемая кассета для 5 кристаллов
3. Аппаратура мониторирования (полупроводниковые светодиоды, высокостабильный импульсный источник питания светодиодов, световоды из кварцевого стекловолокна).
4. Для непрерывного контроля за поведением кристалла при облучении по пяти основным сигналам, описанным в предыдущем параграфе, была создана специальная система сбора данных. Описываемая в данном документе установка непрерывного контроля за потерей прозрачности кристаллов из вольфрамата свинца от радиации, является уникальной в мире из-за того, что облучение и контроль за его влиянием на поведение кристаллов осуществляются одновременно, а не в разное время, как это делается, например, в эксперименте CMS в ЦЕРНе.
5. Температурный контроль и стабильность температуры кристаллов, установленных в боксе, обеспечивалась криотермостатом LAUDA RC6CP

Некоторые результаты измерений

Из проведенных исследований можно сделать следующие выводы

При уменьшении температуры от +200С до -200С световыход всех исследованных кристаллов увеличился в 3 раза, что очень важно для экспериментов, где требуется регистрация низкоэнергичных фотонов, начиная уже с энергии 50 МэВ Облучение при -200С, проведенное впервые в мире, показало, что кристаллы теряют свой световыход в несколько раз больше, чем при комнатной температуре. Также они выходят на квазиплато гораздо медленнее, чем при комнатной температуре.

Большая потеря световыхода при облучении при отрицательных температурах по отношению к комнатной может быть объяснена «замораживанием» процесса восстановления световыхода (recovery) из-за уменьшения внутренней энергии кристаллов.

Go to the top