А. Г. БАТИЩЕВ, Л. А. ГРИШАНЦЕВА,
С. В. КОЛДАШОВ, П. Ю. НАУМОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МНОГОСЛОЙНЫЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР
ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРАЛЬНЫХ И ЗАРЯЖЕННЫХ
ЧАСТИЦ
Описан принцип работы и характеристики базовой конфигурации детекторной системы (ДС) для космофизической научной аппаратуры (НА), созданной на основе многослойного сцинтилляционного детектора (МСД) и предназначенной для регистрации всплесков нейтральных и заряженных частиц с энергиями в несколько десятков МэВ в спутниковых экспериментах.
В настоящее время большой научный интерес представляют всплески высокоэнергичных заряженных частиц (ВЗЧ) в окрестности Земли, природа которых может быть связана с солнечными, магнитосферными и геофизическими процессами [1], а также новые явления в верхней атмосфере над грозовыми облаками (“красные спрайты”, “эльфы”, гамма-всплески и др., имеющие длительность порядка миллисекунды) [2]. Представленная в этой работе детекторная система позволяет раздельно регистрировать электроны, позитроны, гамма-кванты, нейтроны, протоны и ядра гелия. Измерять временные профили всплесков частиц с высоким разрешением и эволюцию энергетических спектров во время регистрации всплесков.
ДС представляет собой МСД состоящий из детекторов С1-С10, каждый из которых просматривается своим ФЭУ-60. МСД выполнен из сцинтилляторов на основе полистирола марки СЦ-201 (производства ИФВЭ, Протвино), обладающих высокой прозрачностью и большим быстродействием (τ ~ 2 нс). Каждый из детекторов C1 и C2 состоит из 2-х одинаковых параллельных полос, полосы детектора С1 перпендикулярны полосам детектора С2. Каждая полоса просматривается своим ФЭУ и имеет размеры 76 ´ 35 ´ 5 мм3. Детекторы С1 и С2 расположены соосно и вплотную друг под другом. Детектор C3 находится соосно под детекторами C1 и C2, на расстоянии 125 мм от них, и имеет размер 60 ´ 60 ´ 5 мм3. Детекторы С1-С3 задают апертуру равную 60 градусам, позволяют определить угол влета частиц в ДС и образуют годоскопическую триггерную систему (ГТС). Детекторы С4-С9 с геометрическими размерами от 89 ´ 89 ´ 5 мм3 до 159 ´ 159 ´ 10 мм3, а также детектор С3 представляют собой сцинтилляционный калориметр, предназначенный для идентификации частиц и измерения их энергии по количеству пройденных частицами детекторов до момента их остановки. Детектор С10 выполняет функцию антисовпадательного детектора. Гамма-кванты и нейтроны регистрируются по вторичным частицам, образовавшимся в результате их взаимодействия с веществом детектора С1. ГТС вырабатывает предварительный триггерный сигнал ПСТ. В случае регистрации электронов, протонов и ядер гелия главный триггерный сигнал имеет следующий вид: МСТ=ПТС×(отсутствие С10), если ПТС=С1×С2×С3 – “жесткий” триггер, если ПТС вырабатывается при условии совпадения сигналов с любых трех детекторов из С1–С5, кроме комбинаций С3´С4´С5 и С2´С4´С5, то реализуется “мягкий” триггер, в случае регистрации гамма-квантов и нейтронов - сигнал ПТС вырабатывается при условии: (отсутствие С1)´С2´С3´С4.
Физические характеристики ДС были определены путем компьютерного моделирования методом Монте-Карло. Энергетические диапазоны регистрируемых частиц составляют: 4-25 МэВ для электронов, позитронов и гамма-квантов; 40-100 МэВ для нейтронов; 40-110 МэВ/нуклон для протонов и ядер гелия. Относительное энергетическое разрешение спектрометра составляет величину порядка 6–12 % для гамма-квантов, 1.5–3.4 % для протонов и ядер гелия, 6-7.8 % для электронов. Величина геомфактора определяется конфигурацией триггера и для “жесткого” триггера составляет величину 10 см2 ср, а для некоторых комбинаций “мягкого” триггера достигает 20 см2 ср. Результаты калибровки ДС на атмосферных мюонах показали возможность идентифицикации электронов и протонов с вероятностью имитации не более 1% [3].
На сегодняшний день ДС прошла этапы калибровки и наземных испытаний, включая термовакуумные испытания в составе НА “ВСПЛЕСК” [4], а также летные испытания в составе НА “АРИНА” на борту КА “Ресурс-ДК1” - получены темпы счета частиц вдоль орбиты КА [5].
Список литературы
1. и др. // Науч. сессия МИФИ-2004: Сб. науч. тр. T.7. C. 55-56.
2. и др. // Науч. сессия МИФИ-2006: Сб. науч. тр. T.7. C. 75-76.
3. и др. // “Известия Академии наук”. Сер. физ. 2005. №6. С. 918-920.
4. и др. // Науч. сессия МИФИ-2006: Сб. науч. тр. T.7. C. 67-68.
5. и др. // Эксперимент “АРИНА” на КА “Ресурс-ДК” по изучению прогностических характеристик всплесков высокоэнергичных заряженных частиц – предвестников землетрясений // Науч. сессия МИФИ-2007: настоящий Сб. науч. тр. T.7.
