А.С. Белоусов, Н.П. Буданов, Я.А. Ваздик, Б.Б. Говорков,

                                       Е.И. Малиновский, С.В. Русаков, В.И. Сергиенко,

                                             Ю.В. Соловьев, Е.И. Тамм, П.Н. Шарейко
 
 

                   РОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО - ПОЗИТРОННЫХ ПАР

                           МЕЧЕННЫМИ ФОТОНАМИ НА БЕРИЛЛИИ

Работа выполнена в период 1976 -1977 г.г. на электроном пучке [1] протонного синхротрона У-70 в Протвино с использованием установки “СИГМА - е” . Схема установки приведена на Рисунке 1. Описание отдельных узлов установки приведено в работах [полученные результаты представлено в [6].
 


      Рисунок 1. Блок - схема эксперимента по изучению образования е+е- - пар на бериллии фотонами: ПК1 и ПК2 -  пропорциональные камеры, К1 и К2 - проволочные камеры, СП-94 - магнит мечения,  СП - 41А - магнитный спектрометр,  S1 , S2 , AS , LS3 , LS4 , P1, P2 , A  - сцинтилляционные счетчики,    С0-6 - черенковские спектрометры,  М - мишень

Аннотация

Для получения информации об энергии фотонов при исследовании процессов взаимодействия гамма-квантов со средой применяются разнообразные физические установки - системы мечения фотонов по энергии. В описываемом ниже эксперименте использовалась система электронной маркировки [2], принцип которой состоит в следующем: пучок электронов с энергией ЕО при прохождении через радиатор испускает фотоны тормозного излучения. Магнитный спектрометр, стоящий непосредственно после радиатора, выделяет электроны отдачи с определенной энергией Ее. Регистрация на совпадение наличия электрона в канале отдачи подтверждает факт образования фотона с энергией
                                                          Еγ = Ео- Ее .
Измерения были выполнены на электронном пучке ИФВЭ с импульсом р = 40 ГэВ и максимальным разбросои по импульсу Δр/р <3%.     Схема эксперимента приведена на Рисунке 1.   Мониторирование первичного пучка, интенсивность которого составляла до 10 6 е/цикл при прохождении 1012 протонов через мишень канала 2Б, осуществлялось сцинтилляционными счетчиками S1 и S2 . Пропорциональные камеры ПК1 и ПК2 служили для настройки режимов магнитооптического канала, оптимизации вывода электронного пучка и для определения траектории пучковых частиц. Тормозные фотоны генерировались при прохождении пучка через свинцовый радиатор R, установленный перед магнитом мечения СП-94. Электроны, испытавшие радиационное торможение при взаимодействии в радиаторе, отклонялись магнитным полем СП-94 на различные углы в соответствии с импульсами и регистрировались счетчиками LS3 и LS4. Весь энергетический спектр отклоненных электронов разбивался на отдельные интервалы при помощи сцинтилляционных счетчиков L1-L6 и соответствующих им черенковских счетчиков полного поглощения C1-C6. Пропорциональная камера ПК3 применялась для наладки системы мечения (калибровки спектрометров в каналах отдачи). Электроны пучка, прошедшие через радиатор без взаимодействия регистрировались счетчиком А, включенным на антисовпадение с телескопом S1 S2. Черенковский ливневой спектрометр Со, расположенный в прямом пучке фотонов, регистрировал γ -кванты, прошедшие через установку без взаимодействия в мишени. Система счетчиков АS, регистрирующая позитроны, служила для подавления фоновой загрузки каналов мечения электронами от пар, рожденных при поглощении фотонов в радиаторе R .   Одновременное срабатывание счетчиков S1, S2, LS3 и LS4 при отсутствии сигналов запрета от А и АS соответствовало присутствию в пучке меченного фотона с энергией

                                                Eγ = Eo - ECo - ECi

Триггерным сигналом для считывания информации о событии с установки служило одновременное срабатывание счетчиков Р1 и Р2 и наличие меченного фотона. Каждое регистрируемое событие характеризовалось следующим набором данных: информация от пропорциональных камер ПК1 и ПК2, информация со всех плоскостей проволочных камер К1 и К2, амплитуды сигналов с черенковских спектрометров Со - С6, Данные о срабатывании счетчиков L1 - L6. Сечение рождения электронно-позитронных пар фотонами с энергией Еγ , где Еγ принадлежит энергетическому интервалу D Еγ = Е1 - Е2, определялось из выражения:

σ(Еγ) = 

                           Рисунок 2. Сечение образования электронно-позитронных пар фотонами на бериллии.

где Nee - число зарегистрированных событий рождения пар фотонами с энергией Еγ, n - число ядер бериллия на 1 см2, Nγ (ΔЕγ,Еγ) - число фотонов в интервале ΔЕγ, а ε(Еγ) - средняя эффективность регистрации пар установкой, определяемая методом статистических испытаний. Для этого моделировалось рождение пар пучком фотонов, имеющих те же угловые и пространственные характеристики, что и первичный пучок электронов. Для определения формы спектра и абсолютного числа меченных фотонов в каждом энергетическом интервале снимался спектр энерговыделения в ливневом спектрометре, размещенном в пучке фотонов, в отсутствии мишени М при выключенном магните СП-41А. В полученные значения сечений, приведенных на Рисунке 2, была внесена поправка на поглощение фотонов в воздухе и веществе мишени.
 


Литература

1. С.С. Герштеин, А.В. Самойлов, Ю.М. Сапунов и др.
     Атомная Энергия, т. 35, вып.3, стр. 181-184, Москва, 1973
2. Ю.А. Александров, А.С. Белоусов, Н.П. Буданов и др.
    Препринт ФИАН, № 125, Москва, 1979
3. А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, Е.И. Малиновский и др.
    ПТЭ, № 6, стр. 33-35, Москва, 1973
4. Ю.А. Александров, А.С. Белоусов, Н.П. Буданов и др.
   Труды ФИАН СССР, т.143 (1983) стр. 68-86
5. Yu. M. Antipov, V.A. Bessubov, Yu.B. Bushnin et al.
    Preprint IHEP, N 74-99, Serpukhov, 1974
6. А.С. Белоусов, Н.П. Буданов, Я.А. Ваздик, и др.
   Труды ФИАН СССР, т.143 (1983) стр. 100-104