Координатор: акад. Барков Л. М.
Исполнители: ИЯФ, ИК, ИНХ, ИТ СО РАН
Развитие новых методов регистрации частиц является важной частью работы при подготовке современных экспериментов по физике высоких энергий. Для экспериментов на встречных пучках в ИЯФ СО РАН заканчивается создание универсального магнитного детектора КЕДР, а также ведутся работы по модернизации детектора КМД-2. Эти установки содержат уникальные системы, при разработке и эксплуатации которых Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера тесно сотрудничает с другими институтами СО РАН.
Детектор КЕДР. Детектор КЕДР — это универсальный магнитный детектор, предназначеный для экспериментов на e+e–-коллайдере ВЭПП-4М в области энергий от 3 до 12 ГэВ. В дрейфовой камере детектора КЕДР производится определение импульса заряженных частиц по измерению кривизны траектории частицы при ее движении в магнитном поле. Координата частицы в дрейфовой камере определяется по измерению времени дрейфа электронов ионизации, образованных при движении заряженной частицы в рабочем газе камеры, до анодной проволочки.
Для получения рекордного для данного вида детекторов пространственного разрешения (100 мкм) было предложено использовать в качестве рабочего газа диметиловый эфир. Диметиловый эфир (ДМЭ) — газ с предельно малым коэффициентом диффузии — ранее никогда не использовался в больших дрейфовых камерах. Примесь кислорода в ДМЭ не должна превышать 10 ppm. ДМЭ требуемой чистоты и в необходимых объемах не выпускается в России, поэтому была создана пилотная установка по производству ДМЭ, которая обеспечивает удовлетворительное качество газа. изготовлены мониторы чистоты газа, что позволило производить контроль качества газа непосредственно в процессе производства. В дрейфовой камере получены проектные параметры по пространственному разрешению 100 мкм. Но производительность имеющейся установки недостаточна для постоянного проведения экспериментов с детектором КЕДР. Для дальнейшей работы необходимо произвести изготовление и запуск основной линии установки по производству ДМЭ с производительностью 4 т/год.
разработан новый катализатор на основе марганца для системы очистки жидкого криптона. В 2000 г. произведена опытная партия катализатора и заполнен первый картридж, испытание которого проведено в IV квартале 2001 г. В 2002 г. было очищено 30 т жидкого криптона с использованием данного картриджа. В процессе очистки материал картриджа неоднократно регенерировался. Для ускорения процесса очистки готовится дополнительный картридж, для чего ведется наработка поглощающего материала.
В черенковских счетчиках детектора КЕДР в качестве радиатора излучения используется уникальное вещество — аэрогель диоксида кремния. Это единственный материал, который при нормальных условиях может иметь показатель преломления от 1,2 до 1,0006. В рамках проекта получены следующие основные результаты: произведено 800 л аэрогеля с лучшими в мире оптическими параметрами; произведено 120 корпусов счетчиков, собраны и проверены с космическими частицами 40 торцевых счетчиков и 40 барельных счетчиков первого слоя системы. В связи с принятием ИЯФ проекта ВЭПП-2000 было принято решение о модернизации детектора СНД и создании для него специализированной системы идентификации на основе аэрогелевых черенковских счетчиков. Специфика будущих экспериментов требует использования в данных счетчиках “тяжелого” аэрогеля с показателем преломления n = 1,13. произведены опытные образцы такого аэрогеля.
проведены исследования по отработке технологии получения гидрофобного аэрогеля. Известно, что такой аэрогель имеет гораздо лучшую стабильность оптических параметров. Опытные образцы такого аэрогеля получены, измерены его оптические характеристики (см. рисунок). Показано, что полученный гидрофобный аэрогель не уступает по своим параметрам аналогичному аэрогелю производства фирмы Matsushita (Япония).
 |
Зависимость длины поглощения света от длины волны в аэрогеле производства ИК СО РАН (1 - L = 4,5 см) и в аэрогелях производства фирмы Matsushita, Япония (2 - L = 2,3 см, 3 - L = 2,7 см). Figure. The light absorption length as function of wave length in aerogel produced by Institute of Catalysis (1 - L = 4.5 сm) and in aerogels produced by Matsushita company, Japan (2 - L = 2.3 сm, 3 - L = 2.7 сm). |
Детектор КМД-3. В течение 2000—2001 годов была разработана конструкция торцевого калориметра детектора КМД-3 на основе кристаллов ортогерманата висмута (BGO). Особое внимание было уделено оптимизации параметров системы кристалл—фотоприемник. В результате достигнуто увеличение коэффициента светосбора на 30 % и, следовательно, соответствующее уменьшение величины энергетического эквивалента шумов. Это позволит существенно улучшить энергетическое и временное разрешения калориметра для гамма-квантов с энергией меньше 100 МэВ.
Другим направлением работ было создание новой предварительной электроники. На опытных образцах достигнута проектная величина шумового заряда лучше 500 электронов. Опытный образец модуля торцевого калориметра был собран и испытан. Полученный энергетический эквивалент шумов составил 0,7 МэВ, что лучше аналогичного параметра 1 МэВ калориметра детектора L3 (ЦЕРН, Швейцария), в котором также применялись кристаллы BGO и кремниевые фотодиоды. В 2002 г. была проведена технологическая проработка конструкции калориметра и завершена разработка предварительной электроники. проверки опытной партии предварительной электроники показали высокие стабильность параметров и помехозащищенность. В настоящее время начато массовое производство модулей торцевого калориметра и предварительной электроники.
отработана технология выращивания радиационно-стойких кристаллов BGO большого размера и произведена партия из 32 кристаллов. Результаты тестирования показали, что новые кристаллы имеют пренебрежимо малую неоднородность световыхода и величину последнего заметно выше, чем у изготовленных ранее кристаллов. Но их основным достоинством является высокая радиационная стойкость: она позволит разместить кристаллы максимально близко к пучкам. Это увеличит телесный угол детектора и, соответственно, эффективность регистрации частиц, что является критическим параметром при изучении процессов с высокой множественностью в конечном состоянии. Высокая интенсивность пучков в новом коллайдере ВЭПП-2000 приводит к большим дозам облучения кристаллов торцевого калориметра, и радиационная стойкость изготовленных по стандартной технологии кристаллов BGO может оказаться недостаточной для их применения в непосредственной близости от пучков.
Таким образом, все планируемые в рамках данного проекта работы по модернизации торцевого калориметра детектора КМД-2М успешно выполнены. По всем основным направлениям проведены необходимые разработки и изготовлены опытные образцы. Результаты испытаний опытных образцов показывают, что достигнуты проектные параметры основных компонент калориметра. В настоящее время начато их массовое производство.
можно утверждать, что совместная работа институтов сибирского отделения в рамках данного интеграционного проекта позволила создать уникальные установки для проведения экспериментов по изучению физики элементарных частиц. Для выполнения данной задачи при поддержке интеграционного гранта были вновь созданы установки и разработаны технологии, не имеющие аналогов в России, а в некоторых случаях и за рубежом. Планируется, что сотрудничество будет продолжено при эксплуатации созданных детекторов, а также при разработке новых методов регистрации элементарных частиц.
Список основных публикаций
 Оглавление |
Далее 
|