Post on 30-Dec-2015
description
Detektory a spektrometry elektronů
1) Plynoveacute detektory
2) Kanaacutelkoveacute zesilovače
3) Polovodičoveacute detektory
4) Elektrostatickeacute spektrometry
5) Magnetickeacute spektrometry
6) Di-leptonoveacute spektrometry
7) Čerenkovovy detektory
Použiacutevajiacute se detektory nebo kombinace magnetickyacutech a elektrickyacutech poliacutea detektorů
Nutnost detekce v širokeacutem rozsahu energiiacute Atomovaacute fyzika meV - eV Augerovy elektrony eV ndash 100 keV Rozpad beta a gama keV ndash MeV Rozpady čaacutestic na e+e- produkce paacuterů MeV ndash 10 GeV
Velkyacute spektrometr typu bdquopomerančldquo(aplikačniacute centrum Uacutestavu v Karlsruhea Technickeacute university v Darmstadtu)
Plynem plněneacute detektory
1) Geiger- Muumllerovy čiacutetače pracujiacute v oblasti vyacuteboje (IV)
Polohově citliveacute
1) Mnohodraacutetoveacute proporciaacutelniacute komory ndash mezi dvěma katodovyacutemi rovinami jsou anodoveacute citliveacute draacutety )signaacutel z nich se sniacutemaacute)
2) Driftoveacute komory ndash drift naacuteboje z ionizace k anodě typickeacute driftoveacute rychlosti ~ 5 cmμs z času lze určit polohu
3) Časově projekčniacute komory ndash cylindr vyplněnyacute plynem zakončenyacute dratovyacutemi komorami umiacutestěno v homogenniacutem magnetickeacutem poli umožňuje třiacute rozměrneacute měřeniacute
Uacutečinnost teacuteměř 100
2) Proporciaacutelniacute čiacutetače pracujiacute v oblasti proporcionality (III) (zesiacuteleniacute ~ 107)
3) Ionizačniacute komory nezesilujiacute rarr malyacute vyacutestupniacute signaacutel (II)
Použiacutevaly se v dřiacutevějšiacutem obdobiacute dnes se většinou použiacutevajiacute polovodičoveacute křemiacutekoveacute
Širokeacute využitiacute ve vysokoenergetickeacute spektrometrii elektronů a pozitronů
Kanaacutelkovyacute elektronovyacute zesilovač (channeltron)
Kanaacutelek ze skla nebo z keramiky
Energie [eV]
Uacuteči
nn
ost
[]
Malaacute citlivost detekce gama
Elektroda
Primaacuterniacute elektron
Vyacutestupniacuteelektrony
Polovodičovaacute vrstva
Sekundaacuterniacute elektrony
Skleněnaacute stěna kanaacutelku
Scheacutema kanaacutelkoveacuteho zesilovače
Zaacutevislost uacutečinnosti detekce na energii
Zesiacuteleniacute ~ 107
Kanaacutelkoveacute zesilovače firmy BURLE
Polovodičovaacute povrchovaacute vrstva
Možnost seskupeniacute do kanaacutelkovyacutech desek ndash miliony miniaturniacutech elektronovyacutech zesilovačů pracujiacuteciacute nezaacutevisle
Zesiacuteleniacute ~ 104 dvě v kaskaacutedě ~ 107
Vzdaacutelenost kanaacutelků8 ndash 30 μm
Malaacute citlivost namagnetickeacute pole
Mrtvaacute doba ~ 10 ns
Polohově citlivyacute
Užitiacute pro energie 001 ndash 30 keV
Polovodičoveacute detektory
Využitiacute magnetickeacuteho transporteacuteru ndash magnetickeacute pole přepraviacute elektrony do miacutesta s menšiacutem pozadiacutem
Intenzivniacute využiacutevaacuteniacute křemiacutekovyacutech polovodičovyacutech detektorů
Pozičně citliveacute detektory
1) Křemiacutekoveacute stripoveacute detektory ndash na křemiacutekoveacute destičce (tloušťky 300 μm) jsou tenkeacute proužky z hliniacuteku (1 μm) a pod niacute p+ implantace (bor) - fungujiacute jako separaacutetniacute elektrody
2) Křemiacutekoveacute pixeloveacute detektory ndash struktura do jednotlivyacutech buněk
3) Křemiacutekoveacute driftoveacute detektory ndash struktura elektrod naacuteboj pak driftuje v elektrickeacutem poli jedna ze souřadnic je určena z času driftu
Energetickeacute rozlišeniacute ~ 09 ndash 19 keV pro energie 100 ndash 1000 keV
Nižšiacute energie ndash důležiteacute co nejtenčiacute okeacutenko rarr co nejmenšiacute absorpce
SDD detektor pro experiment ALICE
Elektrostatickeacute a magnetickeacute spektrometry
Pohyb nabiteacute čaacutestice v elektrickeacutem a magnetickeacutem poli
EeFE
BveFM
2) Magnetickeacute pole ndash působiacute siacutela
1) Elektrickeacute pole - působiacute siacutela
Jeli vB
platiacute evBr
vmmaF
2
kde m ndash relativistickaacute hmotnost elektronu 2
1
c
v
mm e
a tedy Br
Br
p
peBrmvp
Rozlišeniacute magnetickyacutech spektrometrů daacuteno rozlišeniacutem hybnostiacute Br
Br
p
pR
)(BrFWHM
Rozlišeniacute elektrostatickyacutech rozlišeniacutem energie kde se bereKIN
KIN
E
ER
KINEFWHM
Určiacuteme vztah EKIN = f(Br) ( )22 cmmcE eKIN
11 2
2
22222222 Brcm
ecmEcBrecmEcmmc
eeKINeKINe
22222222222222
222
2
2)(1
1
cmeBrcmcmvmcmcmc
vcm
c
v
mm eee
e
Určiacuteme vztah mezi rozlišeniacutem energetickyacutem a rozlišeniacutem hybnostniacutem
dpcmcp
pcdEcmcmcpE
e
KINeeKIN 4222
224222
p
dp
cmE
cm
cmE
cmE
p
dp
cmEE
cmEE
p
dp
cmcpE
cp
E
dE
eKIN
e
eKIN
eKIN
eKINKIN
eKINKIN
eKINKIN
KIN
2
2
2
2
2
22
4222
22
122
a tedy
Br
Brd
cmE
cm
E
dE
Br
Brd
p
dp
eKIN
e
KIN
KIN )(1
)(2
2
dpm
pdp
m
pdE
m
pE
eeKIN
eKIN
2
2
2
2
p
dp
p
dp
m
p
EE
dE
eKINKIN
KIN 21 2
V nerelativistickeacutem přiacutepadě
souhlas s nerelativistickeacuteho limitou (EKIN ltlt mec2)
hledanyacute vztah mezi rozlišeniacutemi
V ultrarelativistickeacutem přiacutepadě
p
dp
E
dEpcEE
KIN
KINKIN
souhlas s ultrarelativistickeacuteho limitou (EKIN gtgt mec2) Vztah mezi energetickyacutem a hybnostniacutem rozlišeniacutem
Zaacutekladniacute charakteristiky elektronovyacutech spektrometrů
2) Už zmiacuteněneacute rozlišeniacute R 810-8 ndash 10-1
5) Transmise T ndash čaacutest z monoenergetickeacuteho svazku elektronu ktereacute projdou do detektoru6) Celkovaacute luminosita L = Tσ 10-7 ndash 10-1 cm2
7) Elektron-optickaacute kvalita TR nebo LR
1) Rozsah měřenyacutech energiiacute 001 ndash 1000 keV
3) Prostorovyacute uacutehel do ktereacuteho letiacute detekovaneacute elektrony Ω 00001 ndash 20 ze 4π
4) Rozměr zdroje nebo ozařovaneacuteho terče σ ~ 05 mm2 ndash 200 cm2
8) Intenzita použiacutevanyacutech magnetickyacutech poliacute B 00001 ndash ~3 T
Velmi důležitaacute přiacuteprava zdroje ndash vyloučeniacute energetickyacutech ztraacutet elektronů v materiaacutelu zdroje
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Plynem plněneacute detektory
1) Geiger- Muumllerovy čiacutetače pracujiacute v oblasti vyacuteboje (IV)
Polohově citliveacute
1) Mnohodraacutetoveacute proporciaacutelniacute komory ndash mezi dvěma katodovyacutemi rovinami jsou anodoveacute citliveacute draacutety )signaacutel z nich se sniacutemaacute)
2) Driftoveacute komory ndash drift naacuteboje z ionizace k anodě typickeacute driftoveacute rychlosti ~ 5 cmμs z času lze určit polohu
3) Časově projekčniacute komory ndash cylindr vyplněnyacute plynem zakončenyacute dratovyacutemi komorami umiacutestěno v homogenniacutem magnetickeacutem poli umožňuje třiacute rozměrneacute měřeniacute
Uacutečinnost teacuteměř 100
2) Proporciaacutelniacute čiacutetače pracujiacute v oblasti proporcionality (III) (zesiacuteleniacute ~ 107)
3) Ionizačniacute komory nezesilujiacute rarr malyacute vyacutestupniacute signaacutel (II)
Použiacutevaly se v dřiacutevějšiacutem obdobiacute dnes se většinou použiacutevajiacute polovodičoveacute křemiacutekoveacute
Širokeacute využitiacute ve vysokoenergetickeacute spektrometrii elektronů a pozitronů
Kanaacutelkovyacute elektronovyacute zesilovač (channeltron)
Kanaacutelek ze skla nebo z keramiky
Energie [eV]
Uacuteči
nn
ost
[]
Malaacute citlivost detekce gama
Elektroda
Primaacuterniacute elektron
Vyacutestupniacuteelektrony
Polovodičovaacute vrstva
Sekundaacuterniacute elektrony
Skleněnaacute stěna kanaacutelku
Scheacutema kanaacutelkoveacuteho zesilovače
Zaacutevislost uacutečinnosti detekce na energii
Zesiacuteleniacute ~ 107
Kanaacutelkoveacute zesilovače firmy BURLE
Polovodičovaacute povrchovaacute vrstva
Možnost seskupeniacute do kanaacutelkovyacutech desek ndash miliony miniaturniacutech elektronovyacutech zesilovačů pracujiacuteciacute nezaacutevisle
Zesiacuteleniacute ~ 104 dvě v kaskaacutedě ~ 107
Vzdaacutelenost kanaacutelků8 ndash 30 μm
Malaacute citlivost namagnetickeacute pole
Mrtvaacute doba ~ 10 ns
Polohově citlivyacute
Užitiacute pro energie 001 ndash 30 keV
Polovodičoveacute detektory
Využitiacute magnetickeacuteho transporteacuteru ndash magnetickeacute pole přepraviacute elektrony do miacutesta s menšiacutem pozadiacutem
Intenzivniacute využiacutevaacuteniacute křemiacutekovyacutech polovodičovyacutech detektorů
Pozičně citliveacute detektory
1) Křemiacutekoveacute stripoveacute detektory ndash na křemiacutekoveacute destičce (tloušťky 300 μm) jsou tenkeacute proužky z hliniacuteku (1 μm) a pod niacute p+ implantace (bor) - fungujiacute jako separaacutetniacute elektrody
2) Křemiacutekoveacute pixeloveacute detektory ndash struktura do jednotlivyacutech buněk
3) Křemiacutekoveacute driftoveacute detektory ndash struktura elektrod naacuteboj pak driftuje v elektrickeacutem poli jedna ze souřadnic je určena z času driftu
Energetickeacute rozlišeniacute ~ 09 ndash 19 keV pro energie 100 ndash 1000 keV
Nižšiacute energie ndash důležiteacute co nejtenčiacute okeacutenko rarr co nejmenšiacute absorpce
SDD detektor pro experiment ALICE
Elektrostatickeacute a magnetickeacute spektrometry
Pohyb nabiteacute čaacutestice v elektrickeacutem a magnetickeacutem poli
EeFE
BveFM
2) Magnetickeacute pole ndash působiacute siacutela
1) Elektrickeacute pole - působiacute siacutela
Jeli vB
platiacute evBr
vmmaF
2
kde m ndash relativistickaacute hmotnost elektronu 2
1
c
v
mm e
a tedy Br
Br
p
peBrmvp
Rozlišeniacute magnetickyacutech spektrometrů daacuteno rozlišeniacutem hybnostiacute Br
Br
p
pR
)(BrFWHM
Rozlišeniacute elektrostatickyacutech rozlišeniacutem energie kde se bereKIN
KIN
E
ER
KINEFWHM
Určiacuteme vztah EKIN = f(Br) ( )22 cmmcE eKIN
11 2
2
22222222 Brcm
ecmEcBrecmEcmmc
eeKINeKINe
22222222222222
222
2
2)(1
1
cmeBrcmcmvmcmcmc
vcm
c
v
mm eee
e
Určiacuteme vztah mezi rozlišeniacutem energetickyacutem a rozlišeniacutem hybnostniacutem
dpcmcp
pcdEcmcmcpE
e
KINeeKIN 4222
224222
p
dp
cmE
cm
cmE
cmE
p
dp
cmEE
cmEE
p
dp
cmcpE
cp
E
dE
eKIN
e
eKIN
eKIN
eKINKIN
eKINKIN
eKINKIN
KIN
2
2
2
2
2
22
4222
22
122
a tedy
Br
Brd
cmE
cm
E
dE
Br
Brd
p
dp
eKIN
e
KIN
KIN )(1
)(2
2
dpm
pdp
m
pdE
m
pE
eeKIN
eKIN
2
2
2
2
p
dp
p
dp
m
p
EE
dE
eKINKIN
KIN 21 2
V nerelativistickeacutem přiacutepadě
souhlas s nerelativistickeacuteho limitou (EKIN ltlt mec2)
hledanyacute vztah mezi rozlišeniacutemi
V ultrarelativistickeacutem přiacutepadě
p
dp
E
dEpcEE
KIN
KINKIN
souhlas s ultrarelativistickeacuteho limitou (EKIN gtgt mec2) Vztah mezi energetickyacutem a hybnostniacutem rozlišeniacutem
Zaacutekladniacute charakteristiky elektronovyacutech spektrometrů
2) Už zmiacuteněneacute rozlišeniacute R 810-8 ndash 10-1
5) Transmise T ndash čaacutest z monoenergetickeacuteho svazku elektronu ktereacute projdou do detektoru6) Celkovaacute luminosita L = Tσ 10-7 ndash 10-1 cm2
7) Elektron-optickaacute kvalita TR nebo LR
1) Rozsah měřenyacutech energiiacute 001 ndash 1000 keV
3) Prostorovyacute uacutehel do ktereacuteho letiacute detekovaneacute elektrony Ω 00001 ndash 20 ze 4π
4) Rozměr zdroje nebo ozařovaneacuteho terče σ ~ 05 mm2 ndash 200 cm2
8) Intenzita použiacutevanyacutech magnetickyacutech poliacute B 00001 ndash ~3 T
Velmi důležitaacute přiacuteprava zdroje ndash vyloučeniacute energetickyacutech ztraacutet elektronů v materiaacutelu zdroje
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Kanaacutelkovyacute elektronovyacute zesilovač (channeltron)
Kanaacutelek ze skla nebo z keramiky
Energie [eV]
Uacuteči
nn
ost
[]
Malaacute citlivost detekce gama
Elektroda
Primaacuterniacute elektron
Vyacutestupniacuteelektrony
Polovodičovaacute vrstva
Sekundaacuterniacute elektrony
Skleněnaacute stěna kanaacutelku
Scheacutema kanaacutelkoveacuteho zesilovače
Zaacutevislost uacutečinnosti detekce na energii
Zesiacuteleniacute ~ 107
Kanaacutelkoveacute zesilovače firmy BURLE
Polovodičovaacute povrchovaacute vrstva
Možnost seskupeniacute do kanaacutelkovyacutech desek ndash miliony miniaturniacutech elektronovyacutech zesilovačů pracujiacuteciacute nezaacutevisle
Zesiacuteleniacute ~ 104 dvě v kaskaacutedě ~ 107
Vzdaacutelenost kanaacutelků8 ndash 30 μm
Malaacute citlivost namagnetickeacute pole
Mrtvaacute doba ~ 10 ns
Polohově citlivyacute
Užitiacute pro energie 001 ndash 30 keV
Polovodičoveacute detektory
Využitiacute magnetickeacuteho transporteacuteru ndash magnetickeacute pole přepraviacute elektrony do miacutesta s menšiacutem pozadiacutem
Intenzivniacute využiacutevaacuteniacute křemiacutekovyacutech polovodičovyacutech detektorů
Pozičně citliveacute detektory
1) Křemiacutekoveacute stripoveacute detektory ndash na křemiacutekoveacute destičce (tloušťky 300 μm) jsou tenkeacute proužky z hliniacuteku (1 μm) a pod niacute p+ implantace (bor) - fungujiacute jako separaacutetniacute elektrody
2) Křemiacutekoveacute pixeloveacute detektory ndash struktura do jednotlivyacutech buněk
3) Křemiacutekoveacute driftoveacute detektory ndash struktura elektrod naacuteboj pak driftuje v elektrickeacutem poli jedna ze souřadnic je určena z času driftu
Energetickeacute rozlišeniacute ~ 09 ndash 19 keV pro energie 100 ndash 1000 keV
Nižšiacute energie ndash důležiteacute co nejtenčiacute okeacutenko rarr co nejmenšiacute absorpce
SDD detektor pro experiment ALICE
Elektrostatickeacute a magnetickeacute spektrometry
Pohyb nabiteacute čaacutestice v elektrickeacutem a magnetickeacutem poli
EeFE
BveFM
2) Magnetickeacute pole ndash působiacute siacutela
1) Elektrickeacute pole - působiacute siacutela
Jeli vB
platiacute evBr
vmmaF
2
kde m ndash relativistickaacute hmotnost elektronu 2
1
c
v
mm e
a tedy Br
Br
p
peBrmvp
Rozlišeniacute magnetickyacutech spektrometrů daacuteno rozlišeniacutem hybnostiacute Br
Br
p
pR
)(BrFWHM
Rozlišeniacute elektrostatickyacutech rozlišeniacutem energie kde se bereKIN
KIN
E
ER
KINEFWHM
Určiacuteme vztah EKIN = f(Br) ( )22 cmmcE eKIN
11 2
2
22222222 Brcm
ecmEcBrecmEcmmc
eeKINeKINe
22222222222222
222
2
2)(1
1
cmeBrcmcmvmcmcmc
vcm
c
v
mm eee
e
Určiacuteme vztah mezi rozlišeniacutem energetickyacutem a rozlišeniacutem hybnostniacutem
dpcmcp
pcdEcmcmcpE
e
KINeeKIN 4222
224222
p
dp
cmE
cm
cmE
cmE
p
dp
cmEE
cmEE
p
dp
cmcpE
cp
E
dE
eKIN
e
eKIN
eKIN
eKINKIN
eKINKIN
eKINKIN
KIN
2
2
2
2
2
22
4222
22
122
a tedy
Br
Brd
cmE
cm
E
dE
Br
Brd
p
dp
eKIN
e
KIN
KIN )(1
)(2
2
dpm
pdp
m
pdE
m
pE
eeKIN
eKIN
2
2
2
2
p
dp
p
dp
m
p
EE
dE
eKINKIN
KIN 21 2
V nerelativistickeacutem přiacutepadě
souhlas s nerelativistickeacuteho limitou (EKIN ltlt mec2)
hledanyacute vztah mezi rozlišeniacutemi
V ultrarelativistickeacutem přiacutepadě
p
dp
E
dEpcEE
KIN
KINKIN
souhlas s ultrarelativistickeacuteho limitou (EKIN gtgt mec2) Vztah mezi energetickyacutem a hybnostniacutem rozlišeniacutem
Zaacutekladniacute charakteristiky elektronovyacutech spektrometrů
2) Už zmiacuteněneacute rozlišeniacute R 810-8 ndash 10-1
5) Transmise T ndash čaacutest z monoenergetickeacuteho svazku elektronu ktereacute projdou do detektoru6) Celkovaacute luminosita L = Tσ 10-7 ndash 10-1 cm2
7) Elektron-optickaacute kvalita TR nebo LR
1) Rozsah měřenyacutech energiiacute 001 ndash 1000 keV
3) Prostorovyacute uacutehel do ktereacuteho letiacute detekovaneacute elektrony Ω 00001 ndash 20 ze 4π
4) Rozměr zdroje nebo ozařovaneacuteho terče σ ~ 05 mm2 ndash 200 cm2
8) Intenzita použiacutevanyacutech magnetickyacutech poliacute B 00001 ndash ~3 T
Velmi důležitaacute přiacuteprava zdroje ndash vyloučeniacute energetickyacutech ztraacutet elektronů v materiaacutelu zdroje
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Polovodičoveacute detektory
Využitiacute magnetickeacuteho transporteacuteru ndash magnetickeacute pole přepraviacute elektrony do miacutesta s menšiacutem pozadiacutem
Intenzivniacute využiacutevaacuteniacute křemiacutekovyacutech polovodičovyacutech detektorů
Pozičně citliveacute detektory
1) Křemiacutekoveacute stripoveacute detektory ndash na křemiacutekoveacute destičce (tloušťky 300 μm) jsou tenkeacute proužky z hliniacuteku (1 μm) a pod niacute p+ implantace (bor) - fungujiacute jako separaacutetniacute elektrody
2) Křemiacutekoveacute pixeloveacute detektory ndash struktura do jednotlivyacutech buněk
3) Křemiacutekoveacute driftoveacute detektory ndash struktura elektrod naacuteboj pak driftuje v elektrickeacutem poli jedna ze souřadnic je určena z času driftu
Energetickeacute rozlišeniacute ~ 09 ndash 19 keV pro energie 100 ndash 1000 keV
Nižšiacute energie ndash důležiteacute co nejtenčiacute okeacutenko rarr co nejmenšiacute absorpce
SDD detektor pro experiment ALICE
Elektrostatickeacute a magnetickeacute spektrometry
Pohyb nabiteacute čaacutestice v elektrickeacutem a magnetickeacutem poli
EeFE
BveFM
2) Magnetickeacute pole ndash působiacute siacutela
1) Elektrickeacute pole - působiacute siacutela
Jeli vB
platiacute evBr
vmmaF
2
kde m ndash relativistickaacute hmotnost elektronu 2
1
c
v
mm e
a tedy Br
Br
p
peBrmvp
Rozlišeniacute magnetickyacutech spektrometrů daacuteno rozlišeniacutem hybnostiacute Br
Br
p
pR
)(BrFWHM
Rozlišeniacute elektrostatickyacutech rozlišeniacutem energie kde se bereKIN
KIN
E
ER
KINEFWHM
Určiacuteme vztah EKIN = f(Br) ( )22 cmmcE eKIN
11 2
2
22222222 Brcm
ecmEcBrecmEcmmc
eeKINeKINe
22222222222222
222
2
2)(1
1
cmeBrcmcmvmcmcmc
vcm
c
v
mm eee
e
Určiacuteme vztah mezi rozlišeniacutem energetickyacutem a rozlišeniacutem hybnostniacutem
dpcmcp
pcdEcmcmcpE
e
KINeeKIN 4222
224222
p
dp
cmE
cm
cmE
cmE
p
dp
cmEE
cmEE
p
dp
cmcpE
cp
E
dE
eKIN
e
eKIN
eKIN
eKINKIN
eKINKIN
eKINKIN
KIN
2
2
2
2
2
22
4222
22
122
a tedy
Br
Brd
cmE
cm
E
dE
Br
Brd
p
dp
eKIN
e
KIN
KIN )(1
)(2
2
dpm
pdp
m
pdE
m
pE
eeKIN
eKIN
2
2
2
2
p
dp
p
dp
m
p
EE
dE
eKINKIN
KIN 21 2
V nerelativistickeacutem přiacutepadě
souhlas s nerelativistickeacuteho limitou (EKIN ltlt mec2)
hledanyacute vztah mezi rozlišeniacutemi
V ultrarelativistickeacutem přiacutepadě
p
dp
E
dEpcEE
KIN
KINKIN
souhlas s ultrarelativistickeacuteho limitou (EKIN gtgt mec2) Vztah mezi energetickyacutem a hybnostniacutem rozlišeniacutem
Zaacutekladniacute charakteristiky elektronovyacutech spektrometrů
2) Už zmiacuteněneacute rozlišeniacute R 810-8 ndash 10-1
5) Transmise T ndash čaacutest z monoenergetickeacuteho svazku elektronu ktereacute projdou do detektoru6) Celkovaacute luminosita L = Tσ 10-7 ndash 10-1 cm2
7) Elektron-optickaacute kvalita TR nebo LR
1) Rozsah měřenyacutech energiiacute 001 ndash 1000 keV
3) Prostorovyacute uacutehel do ktereacuteho letiacute detekovaneacute elektrony Ω 00001 ndash 20 ze 4π
4) Rozměr zdroje nebo ozařovaneacuteho terče σ ~ 05 mm2 ndash 200 cm2
8) Intenzita použiacutevanyacutech magnetickyacutech poliacute B 00001 ndash ~3 T
Velmi důležitaacute přiacuteprava zdroje ndash vyloučeniacute energetickyacutech ztraacutet elektronů v materiaacutelu zdroje
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Elektrostatickeacute a magnetickeacute spektrometry
Pohyb nabiteacute čaacutestice v elektrickeacutem a magnetickeacutem poli
EeFE
BveFM
2) Magnetickeacute pole ndash působiacute siacutela
1) Elektrickeacute pole - působiacute siacutela
Jeli vB
platiacute evBr
vmmaF
2
kde m ndash relativistickaacute hmotnost elektronu 2
1
c
v
mm e
a tedy Br
Br
p
peBrmvp
Rozlišeniacute magnetickyacutech spektrometrů daacuteno rozlišeniacutem hybnostiacute Br
Br
p
pR
)(BrFWHM
Rozlišeniacute elektrostatickyacutech rozlišeniacutem energie kde se bereKIN
KIN
E
ER
KINEFWHM
Určiacuteme vztah EKIN = f(Br) ( )22 cmmcE eKIN
11 2
2
22222222 Brcm
ecmEcBrecmEcmmc
eeKINeKINe
22222222222222
222
2
2)(1
1
cmeBrcmcmvmcmcmc
vcm
c
v
mm eee
e
Určiacuteme vztah mezi rozlišeniacutem energetickyacutem a rozlišeniacutem hybnostniacutem
dpcmcp
pcdEcmcmcpE
e
KINeeKIN 4222
224222
p
dp
cmE
cm
cmE
cmE
p
dp
cmEE
cmEE
p
dp
cmcpE
cp
E
dE
eKIN
e
eKIN
eKIN
eKINKIN
eKINKIN
eKINKIN
KIN
2
2
2
2
2
22
4222
22
122
a tedy
Br
Brd
cmE
cm
E
dE
Br
Brd
p
dp
eKIN
e
KIN
KIN )(1
)(2
2
dpm
pdp
m
pdE
m
pE
eeKIN
eKIN
2
2
2
2
p
dp
p
dp
m
p
EE
dE
eKINKIN
KIN 21 2
V nerelativistickeacutem přiacutepadě
souhlas s nerelativistickeacuteho limitou (EKIN ltlt mec2)
hledanyacute vztah mezi rozlišeniacutemi
V ultrarelativistickeacutem přiacutepadě
p
dp
E
dEpcEE
KIN
KINKIN
souhlas s ultrarelativistickeacuteho limitou (EKIN gtgt mec2) Vztah mezi energetickyacutem a hybnostniacutem rozlišeniacutem
Zaacutekladniacute charakteristiky elektronovyacutech spektrometrů
2) Už zmiacuteněneacute rozlišeniacute R 810-8 ndash 10-1
5) Transmise T ndash čaacutest z monoenergetickeacuteho svazku elektronu ktereacute projdou do detektoru6) Celkovaacute luminosita L = Tσ 10-7 ndash 10-1 cm2
7) Elektron-optickaacute kvalita TR nebo LR
1) Rozsah měřenyacutech energiiacute 001 ndash 1000 keV
3) Prostorovyacute uacutehel do ktereacuteho letiacute detekovaneacute elektrony Ω 00001 ndash 20 ze 4π
4) Rozměr zdroje nebo ozařovaneacuteho terče σ ~ 05 mm2 ndash 200 cm2
8) Intenzita použiacutevanyacutech magnetickyacutech poliacute B 00001 ndash ~3 T
Velmi důležitaacute přiacuteprava zdroje ndash vyloučeniacute energetickyacutech ztraacutet elektronů v materiaacutelu zdroje
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Určiacuteme vztah mezi rozlišeniacutem energetickyacutem a rozlišeniacutem hybnostniacutem
dpcmcp
pcdEcmcmcpE
e
KINeeKIN 4222
224222
p
dp
cmE
cm
cmE
cmE
p
dp
cmEE
cmEE
p
dp
cmcpE
cp
E
dE
eKIN
e
eKIN
eKIN
eKINKIN
eKINKIN
eKINKIN
KIN
2
2
2
2
2
22
4222
22
122
a tedy
Br
Brd
cmE
cm
E
dE
Br
Brd
p
dp
eKIN
e
KIN
KIN )(1
)(2
2
dpm
pdp
m
pdE
m
pE
eeKIN
eKIN
2
2
2
2
p
dp
p
dp
m
p
EE
dE
eKINKIN
KIN 21 2
V nerelativistickeacutem přiacutepadě
souhlas s nerelativistickeacuteho limitou (EKIN ltlt mec2)
hledanyacute vztah mezi rozlišeniacutemi
V ultrarelativistickeacutem přiacutepadě
p
dp
E
dEpcEE
KIN
KINKIN
souhlas s ultrarelativistickeacuteho limitou (EKIN gtgt mec2) Vztah mezi energetickyacutem a hybnostniacutem rozlišeniacutem
Zaacutekladniacute charakteristiky elektronovyacutech spektrometrů
2) Už zmiacuteněneacute rozlišeniacute R 810-8 ndash 10-1
5) Transmise T ndash čaacutest z monoenergetickeacuteho svazku elektronu ktereacute projdou do detektoru6) Celkovaacute luminosita L = Tσ 10-7 ndash 10-1 cm2
7) Elektron-optickaacute kvalita TR nebo LR
1) Rozsah měřenyacutech energiiacute 001 ndash 1000 keV
3) Prostorovyacute uacutehel do ktereacuteho letiacute detekovaneacute elektrony Ω 00001 ndash 20 ze 4π
4) Rozměr zdroje nebo ozařovaneacuteho terče σ ~ 05 mm2 ndash 200 cm2
8) Intenzita použiacutevanyacutech magnetickyacutech poliacute B 00001 ndash ~3 T
Velmi důležitaacute přiacuteprava zdroje ndash vyloučeniacute energetickyacutech ztraacutet elektronů v materiaacutelu zdroje
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Zaacutekladniacute charakteristiky elektronovyacutech spektrometrů
2) Už zmiacuteněneacute rozlišeniacute R 810-8 ndash 10-1
5) Transmise T ndash čaacutest z monoenergetickeacuteho svazku elektronu ktereacute projdou do detektoru6) Celkovaacute luminosita L = Tσ 10-7 ndash 10-1 cm2
7) Elektron-optickaacute kvalita TR nebo LR
1) Rozsah měřenyacutech energiiacute 001 ndash 1000 keV
3) Prostorovyacute uacutehel do ktereacuteho letiacute detekovaneacute elektrony Ω 00001 ndash 20 ze 4π
4) Rozměr zdroje nebo ozařovaneacuteho terče σ ~ 05 mm2 ndash 200 cm2
8) Intenzita použiacutevanyacutech magnetickyacutech poliacute B 00001 ndash ~3 T
Velmi důležitaacute přiacuteprava zdroje ndash vyloučeniacute energetickyacutech ztraacutet elektronů v materiaacutelu zdroje
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Elektrostatickeacute spektrometry
Integraacutelniacute způsob měřeniacute ndash při každeacutem měřeniacute (danyacute brzdiacuteciacute potenciaacutel)
Magnetickeacute pole ndash fokusuje elektrony do měřiacuteciacuteho miacutesta s využitiacutem clon se provaacutediacute selekce hybnosti (energie)
Elektrickeacute pole ndash vytvaacuteřiacute potenciaacutelovou barieru kteraacute propustiacute elektrony jejichž energie je většiacute než jistyacute praacuteh
Jednokanaacutelovyacute způsob měřeniacute rarr velkyacute důraz na časovou stabilitu a průběžnou kalibraci
1) Kanaacutelkovyacute naacutesobič ndash vyacutehodneacute pro niacutezkeacute energie ~ keV Mikrokanaacutelkovaacute destička ndash posičně citliveacute
2) Křemiacutekovyacute detektor ndash může měřit i energii driftoveacute a pixeloveacute detektory ndash posičně citliveacute
Diferenciaacutelniacute způsob měřeniacute - pohyb v magnetickeacutem poli vymeziacute jen určitou energetickou oblast
Použitiacute do energie 50 keV (pro vyššiacute je třeba přiacuteliš velkeacute napětiacute a je probleacutem s relativistickou korekciacute)
Použiacutevaneacute detektory
Elektrostatickyacute spektrometr ESA 12 (UacuteJF AVČR)
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Magnetickeacute spektrometry
Rozlišeniacute R = Δpp = 10-3 divide 10-2
Magnetickeacute pole je využito k určeniacute hybnosti (energie) elektronu
Typ pomeranč minipomeranč ndash bdquoorangeldquo bdquomini-orangeldquo spectrometer
Kompaktniacute zařiacutezeniacute magnety vytvaacuteřiacute homogenniacute pole - změnami sestavy magnetů se daacute měnit energie maxima transmise (tiacutem i uacutečinnosti spektrometru)
Energie [keV]
Tra
nsm
ise
[]
detektor
zdroj
svazek
olověnyacute absorber
Spektrometr typu minipomeranč (Universita Bon)
Během doby použiacutevaacutena řada typů
1) Rovinneacute spektrometry ndash pole maacute rovinou symetrii 2) Čočkovyacute typ ndash pole maacute osovou symetrii
(Magnety rozděleny do sektorů ndash většinou šest sektorů rozmiacutestěnyacutech kolem osy)
Rovinnyacute a čočkovyacute typmagnetickeacuteho spektrometru
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Magnetickyacute transporteacuter a křemiacutekovyacute detektor
Magnetickeacute pole je využito pro transport elektronu mimo toto pozadiacute energieelektronu je určena křemiacutekovyacutem detektorem
Měřeniacute na svazku rarr vysokeacute pozadiacute gama fotonů a dalšiacutech čaacutestic
Využitiacute 1) toroidniacuteho magnetickeacuteho pole rarr pohyb po cykloidě
bdquojemnyacute přechod mezi magnetickyacutemi spektrometry a transporteryldquo
2) magnetickeacuteho pole solenoidu Bz = B Bx = By = 0 rarr pohyb po spiraacutele
Uacutečinnost systeacutemu je daacutena transmisiacute transportniacuteho systeacutemu i uacutečinnostiacute detektoru
Některeacute spektrometry typu bdquopomerančldquo a bdquominipomerančldquo mohou byacutet využiacutevaacuteny jako transporteacutery
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES
Vysokoenergetickaacute fyzika ndash dileptonoveacute spektrometry
Zkoumaacuteniacute rozpadu čaacutestic do e+ e- nebo μ+ μ- kanaacutelu produkce těchto paacuterů přesvirtuaacutelniacute foton rarr nutnost spektrometru leptonů s vysokou energiiacute
Složeniacute spektrometru
Nutneacute pro určeniacute hybnosti a odlišeniacute kladnyacutech a zaacutepornyacutech čaacutestic 1) Velmi intenzivniacute magnet (často supravodivyacute) 2) Polohově citliveacute detektory před magnetem a za magnetem (mnohodraacutetoveacute proporcionaacutelniacute komory Čerenkovovy detektory)
Vylepšujiacuteciacute identifikaci čaacutestic (potlačeniacute hadronoveacuteho pozadiacute) 3) Detektory odlišujiacuteciacute hadronoveacute a elektromagnetickeacute spršky 4) Detektory měřiacuteciacute dobu letu
Scheacutema di-leptonoveacuteho spektrometru NA50 a jeho draacutetoveacute komory
Použitiacute detektorů Čerenkovova zaacuteřeniacute
Experiment CERES
Experiment HADES