W YMAGANIA STAWIANE GAZOWYM DETEKTOROM W EKSPERYMENTACH FIZYKI CZĄSTEK WYSOKICH ENERGII

Gazowe detektory promieniowania, stosowane w eksperymentach fizyki cząstek wysokich energii, charakteryzują się dużymi rozmiarami i stosunkowo lekką konstrukcją. Wielkość i użyte materiały, ze względu na procesy odgazowywania i dyfuzji przez ściany obudowy, zmuszają do częstej wymiany mieszaniny roboczej w objętości czynnej detektora. Dlatego też wszystkie stosowane rozwiązania opierają się na ciągłym przepływie gazu roboczego. W celu optymalizacji kosztów eksploatacji detektorów gazowych stosowane mieszaniny robocze oparte są głównie na najtańszym gazie szlachetnym – argonie. Wówczas mieszanina gazowa po jednokrotnym przepływie przez detektor zostaje wypuszczona do atmosfery. W przypadku użycia mieszanin opartych na innych gazach szlachetnych (hel, neon w komorach TPC, ksenon w detektorach TRT) stosuje się zamknięte systemy gazowe, w których znajdują się zestawy oczyszczające mieszaninę roboczą.

W eksperymentach fizyki cząstek wysokich energii wymagana jest duża stabilność pracy wszystkich typów detektorów. Stabilność pracy detektorów gazowych zależy głównie od stabilności napięć polaryzacji, składu mieszaniny roboczej, jej temperatury i ciśnienia. Przykładem bardzo wysokich wymagań stabilności pracy mogą być komory TPC ze względu na żądaną precyzję pomiarów. I tak przykładowo dla TPC, w eksperymencie ALICE, dla nadciśnienia 0.4 mbara względem ciśnienia atmosferycznego, dopuszczalna zmiana nadciśnienia nie powinna przekroczyć 0.01 mbara, dopuszczalna zmiana temperatury 0.1 K w całej objętości komory (95 m³), a koncentracja tlenu powinna być poniżej 5 ppm [21].

Eksperymenty fizyki cząstek wysokich energii prowadzone są przez kilka lub kilkanaście lat. Wymagana jest zatem stabilna, długoterminowa praca wszystkich elementów składowych eksperymentu. Stabilność długoterminowa detektorów gazowych związana jest głównie ze zjawiskiem starzenia, które polega na zmianie powierzchni elektrod, na których osadzają się warstwy polimerów różnych związków chemicznych. Osady polimerów zmieniają wartość współczynnika wzmocnienia gazowego, zmniejszają energetyczną zdolność rozdzielczą, przyczyniają się do zwiększenia efektu częstościowego i wzrostu prądu ciemnego detektora gazowego. Szybkość zmian starzeniowych uzależniona jest od konstrukcji detektora, składu użytej mieszaniny gazowej, rodzaju i koncentracji zanieczyszczeń gazowych.

W każdym eksperymencie fizycznym, w którym stosowane są gazowe detektory promieniowania, należy podjąć prace badawcze mające na celu zapewnienie ich stabilnej

pracy. Zapewnienie stabilnej, krótko i długoterminowej pracy detektora gazowego, z pominięciem całego spektrum zagadnień związanych ze stabilnością elektronicznego toru rejestracji, wiąże się z:

- zapewnieniem stabilnego składu mieszaniny gazowej,

- zapewnieniem jednorodnego przepływu mieszaniny gazowej wewnątrz komory, - zapewnieniem równomierności rozpływu gazu pomiędzy komorami w układach, gdy duża liczba pojedynczych komór jest równolegle przyłączona do systemu zasilania w gaz,

- doborem składu mieszaniny roboczej, zapewniającym stabilną pracę komór przy zazwyczaj wymaganym dużym współczynniku wzmocnienia gazowego i mającym dobre własności starzeniowe,

- doborem odpowiednich materiałów konstrukcyjnych do budowy detektora i systemu dystrybucji gazu, celem minimalizacji efektów starzeniowych.

W celu spełnienia wymienionych warunków konieczna staje się również budowa systemu monitorowania parametrów, mających wpływ na stabilną pracę detektorów gazowych.

R

OZDZIAŁ

2

A

KCELERATOR

HERA,

DETEKTOR

ZEUS

Akcelerator HERA, którego poglądowy schemat jest przedstawiony na rysunku 2.1, jest jedynym na świecie zderzaczem przeciwbieżnych wiązek elektron - proton (ep). Decyzja o jego budowie została podjęta w maju 1984 r. Budowę ukończono w listopadzie 1990 r., a latem 1992 r. rozpoczęły się pierwsze zderzenia wraz ze zbieraniem danych fizycznych z detektorów. Tunel akceleratora o przekroju kołowym ma średnicę wewnętrzną 5.2 m i długość 6.3 km. Przebiega na głębokości od 10 do 25 m pod powierzchnią ziemi [22,23]

Rysunek 2.1. Schemat akceleratora HERA z zaznaczonymi miejscami eksperymentów: ZEUS, H1, HERA B i HERMES.

Do zakrzywiania wiązki protonowej zostały użyte magnesy nadprzewodzące, wytwarzające pole magnetyczne o natężeniu do 4.6 T. Natomiast w torze wiązki elektronowej wykorzystano magnesy, pracujące w temperaturze pokojowej. Ring elektronowy był wykorzystywany

HALA WSCHODNIA HERMES HALA ZACHODNIA HERA B 360 m R=779 m ZEUS HALA POŁUDNIOWA HALA PÓŁNOCNA H1 DESY PETRA p ^e

również do przyspieszania pozytonów. Energia wiązki elektronowej lub pozytonowej, po modernizacji w 1994 r., wynosiła 27.5 GeV, natomiast wiązki protonowej 920 GeV od 1998 r. Cząstki na obu ringach pogrupowane były w tzw. pęczki (ang. bunch). Na obwodzie pierścieni znajdowało się 210 pęczków, każdy posiadał od 10¹⁰ do 10¹¹ cząstek. Pęczki przecinały się w punktach oddziaływania (eksperyment ZEUS i H1), co 96 ns pod kątem 0 radianów. Średnia uzyskiwana świetlność w latach 1992 – 2000 wynosiła około 1.5·10³¹ cm^-2s^-1. W wyniku modyfikacji, polegającej na wprowadzeniu nadprzewodzących magnesów, umożliwiających lepsze ogniskowanie wiązek w obszarze zderzeń, nastąpił około 4-krotny wzrost świetlności, skutkujący wzrostem częstości rejestracji interesujących oddziaływań.

Detektor ZEUS był tak zaprojektowany, aby możliwe były badania różnych procesów w oddziaływaniach ep, z możliwością identyfikacji i precyzyjnego pomiaru rozproszonego leptonu oraz końcowych stanów hadronowych [24,25]. Był detektorem o budowie asymetrycznej ze względu na dużą różnicę energii między protonami i elektronami, która powodowała, że produkty interesujących oddziaływań były rejestrowane w wąskim stożku wokół wiązki protonowej. Detektor w kierunku wylotu z detektora wiązki protonowej charakteryzował się większą segmentacją i większą głębokością kalorymetrów (lepsza zdolność rozdzielcza torów i możliwość pomiaru większych energii zarówno w części elektromagnetycznej, jak i hadronowej). Kalorymetry dla cząstek i pęków o energii kilkuset GeV powinny mieć odpowiednio dużą głębokość. Ze względu na koszty niemożliwa była budowa odpowiednio głębokiego głównego kalorymetru. Dlatego otoczono kalorymetr główny kalorymetrem uzupełniającym BAC o mniejszej zdolności rozdzielczej. Rysunek 2.2 przedstawia szkic detektora wraz z jego częściami składowymi i skrótami nazw w języku angielskim.

Detektor wierzchołka (ang. Vertex Detector - VXD) był najbliższym punktu interakcji składnikiem ZEUS-a. Jego zadaniem było wykrywanie cząstek o krótkim czasie życia i pomiar współrzędnych przestrzennych torów cząstek.

Detektor torów (śladów) cząstek zbudowany z części CTD, FDET, RTD (CTD –

Central Tracking Detector, FDET – Forward Detector, RTD – Rear Tracking Detector)

umiejscowiony był w centrum detektora ZEUS, dookoła punktu interakcji. FDET składał się z dwóch typów detektorów FTD i TRD (FTD – Forward Tracking Detector, TRD – Transition

Rysunek 2.2. Szkic detektora ZEUS [25]

pracującymi z mieszaniną gazową Ar, CO2, C2H6 o składzie objętościowym 90:8:2. TRD był gazowym detektorem, przystosowanym do rejestracji promieniowania przejścia, zoptymalizowanym w kierunku identyfikacji elektronów, których pęd zawarty był w przedziale od 1 do 30 GeV/c. Zespół detektorów śladowych, umożliwiających pomiar pędu cząstek naładowanych za pomocą wyznaczenia krzywizny ich torów w polu magnetycznym, otoczony był nadprzewodzącą cewką, zapewniającą osiowe pole magnetyczne o natężeniu 1.43 T.

Kalorymetr główny ZEUS-a umożliwiał pomiar energii cząstek wtórnych, będących produktami oddziaływania ep. W jego skład wchodziły części oznaczone skrótami BCAL,

FCAL, RCAL (Barrel, Forward, Rear Calorimeter). Zbudowany był z warstw absorbentu i plastikowych scyntylatorów. Absorbentem był zubożony uran o odpowiednio dobranej grubości, zapewniając jednakową odpowiedź kalorymetru dla składowej hadronowej i elektromagnetycznej mierzonych dżetów (pęków). Głębokość poszczególnych części była różna i wynikała z potrzeb podyktowanych kinematyką zderzeń. Kalorymetr zapewniał precyzyjny pomiar depozytu energii, uzyskując w czasie testów energetyczną zdolność rozdzielczą σ(E)/E = 0.18(0.35) /E^-1/2 dla elektronów (hadronów). Kalorymetr zbudowany był z podobnych modułów, z których każdy składał się z wielu warstw uranu o grubości 3.3 mm, przedzielonych warstwami scyntylatora o grubości 2.6 mm. FCAL i BCAL podzielone były na trzy sekcje: elektromagnetyczną i dwie następujące po sobie sekcje hadronowe. Wewnętrzna elektromagnetyczna część kalorymetru miała całkowicie absorbować kaskady inicjowane przez rozproszone elektrony w spodziewanym zakresie energii. Wewnątrz części elektromagnetycznej umieszczona była warstwa krzemowych detektorów płytkowych, której zadaniem była identyfikacja elektronów w dżetach (HES – Hadron Electron Separator).

Kalorymetr uzupełaniajacy BAC (BAcking Calorimeter) otaczał z zewnątrz główny kalorymetr. Jego zadaniem był pomiar energii wysokoenergetycznych kaskad hadronowych, wypływających z kalorymetru uranowego. W następnym rozdziale przedstawiony jest dokładniejszy opis jego funkcji i budowy.

Spektrometr mionów był najbardziej zewnętrzną warstwą detektora ZEUS. Podobnie jak pozostałe komponenty był bardziej rozbudowany w kierunku wylotu wiązki protonowej z detektora ZEUS („do przodu”). Ta część oznaczona jest skrótem FMUON. Część boczną BMUON i tylną RMUON stanowiły warstwy wielosekcyjnych, z pojedynczym drutem anodowym, dryfowych komór gazowych, umieszczonych odpowiednio wewnątrz i na zewnątrz jarzma elektromagnesu. Komory te posiadały katodowe paski odczytu, umożliwiające wyznaczenie położenia miejsca jonizacji wzdłuż drutu anodowego. Warstwy komór wewnątrz i na zewnątrz elektromagnesu wyznaczały kierunek ruchu mionu. Na podstawie zmiany kierunku ruchu mionu, przy przejściu przez jarzmo elektromagnesu, określany był jego pęd. Każdy segment BMUON i RMUON stanowiły cztery warstwy gazowych komór, pracujących przy niewielkim nadciśnieniu względem ciśnienia atmosferycznego, w zakresie ograniczonego wyładowania strimerowego (ang. limited

streamer). Mieszaniną roboczą był argon i 2 – metylopropan (izobutan) o składzie

objętościowym 30 – 70 %. Detekcyjnym elementem FMUON były wielodrutowe komory dryfowe, które pracowały również w zakresie ograniczonego wyładowania strimerowego przy

niewielkim nadciśnieniu z mieszaniną gazową Ar, CO2, CH4, o koncentracji poszczególnych składników 90:9:1.

Pozostałe najistotniejsze elementy składowe detektora ZEUS, niezaznaczone na schemacie, to monitor świetlności LUMI (zaprojektowany przez prof. L. Suszyckiego - MIFiTJ AGH, a wykonany przez grupę fizyków z Instytutu Fizyki Jądrowej w Krakowie), ściana Veto i spektrometr wiodących protonów. Do pomiaru świetlności wykorzystano proces hamowania elektronu w polu elektromagnetycznym protonu (proces Bethego – Heitlera), ep → eγp, którego przekrój czynny jest znany teoretycznie z bardzo dużą precyzją. W skład monitora świetlności weszły dwa detektory. Oddalony o 107 m od punktu interakcji detektor fotonów oraz oddalony o 35 m detektor elektronów (pozytonów), usytuowany za magnesem zaginającym wiązkę, który działał jako spektrometr, wydzielający z wiązki elektrony, które utraciły część swojej energii na emisję fotonu.

Ściana Veto to detektor, który miał na celu wykrywanie cząstek, poruszających się poza wiązką protonową (tzw. halo wiązki). W momencie wykrycia takiego przypadku, dane z tego zderzenia były odrzucane. Zbudowany był z dwóch warstw detektorów scyntylacyjnych umieszczonych po obu stronach stalowego bloku o grubości 87 cm jako pasywnego absorbentu.

Spektrometr wiodących protonów LPS (Leading Proton Spectrometer), którego zadaniem było wykrywanie i pomiar pędu rozproszonych protonów, których pęd poprzeczny był mniejszy niż 1 GeV/c, a pęd całkowity nie mniejszy niż 0.3 pędu protonu w wiązce. W skład LPS wchodziło 6 hodoskopów, zbudowanych z krzemowych detektorów paskowych, umieszczonych w odległości od 24 do 90 m od punktu interakcji.

R

OZDZIAŁ

3

K

ALORYMETR UZUPEŁNIAJĄCY

BAC

Rolą kalorymetru uzupełniającego BAC był pomiar energii dżetów hadronowych, wychodzących z kalorymetru głównego oraz poprawa wydajności detekcji w spektrometrze mionów. W eksperymencie ZEUS kalorymetr główny i kalorymetr uzupełniający były kalorymetrami próbkującymi, których cechą jest naprzemienne ułożenie warstw absorbentu i warstw aktywnych. Warstwy aktywne, będące detektorami promieniowania, są źródłem sygnału elektrycznego, którego amplituda powinna być miarą energii absorbowanej cząstki pierwotnej wraz z wytworzoną przez nią kaskadą cząstek wtórnych.

3.1B

Warstwami absorbentu kalorymetru uzupełniającego były stalowe płyty, a warstwami aktywnymi wielosekcyjne gazowe komory proporcjonalne z pojedynczym drutem anodowym w każdej sekcji. Stalowe płyty o grubości 73 mm stanowiły równocześnie jarzmo elektromagnesu spektrometru mionów. Pomiędzy płytami znajdowały się szczeliny o grubości 37 mm, w których zostały umieszczone detektory gazowe. Jarzmo, którego szkic przedstawiony jest na rysunku 3.1, miało kształt zbliżony do graniastosłupa ośmiokątnego. Rura akceleratora przechodziła przez otwory w podstawach graniastosłupa. Ściany boczne graniastosłupa (ang. barrel, bottom) zbudowane były z 10 płyt i 9 warstw komór. Jedna podstawa graniastosłupa (ang. end-cup) w kierunku wylotu protonów z detektora ZEUS składała się z 11 płyt i 10 warstw komór, natomiast druga podstawa z 8 płyt i 7 warstw komór. W szczeliny ścian bocznych (barrel’u) zostały z obu stron wsunięte komory o długości 4.5 i 5.5 m, umieszczone w ten sposób, że w kolejnej szczelinie jarzma komory krótsze leżą nad dłuższymi. Taki sposób ułożenia minimalizował powierzchnię stref martwych w kalorymetrze. W szczeliny bottom’u zostały wsunięte komory długości 7.3 m. Ze względu na kształt podstaw ich szczeliny wypełnione były komorami o długości od 1.8 do 3.6 m.

Rysunek 3.1. Szkic jarzma elektromagnesu [25].

Pojedyncza komora stanowiła 7 lub 8 sekcyjny detektor gazowy, o przekroju poprzecznym pojedynczej sekcji 11 x 15 mm. Komory posiadały wyjścia sygnałowe z drutów anodowych i z katod sygnałowych. Na rysunku 3.2 pokazany jest schemat budowy komory. Specjalny profil duraluminiowy był zarówno katodą detektora, jak i głównym elementem konstrukcyjnym. Do zamontowanych na obu końcach komory płytek drukowanych przylutowane były naciągnięte druty anodowe z wolframu złoconego o średnicy 50μm. Ścieżki na przedniej płytce drukowanej zapewniały wyprowadzenie sygnałów z drutów anodowych na zewnątrz komory. Druty anodowe podpierane były, co około 50 cm, specjalnie ukształtowanym elementem plastikowym, który równocześnie zapewniał izolację i właściwe położenie katody sygnałowej. Katody sygnałowe wykonane były z blachy duralowej o grubości 0.7 mm i długości około 50 cm i dzieliły długość całej komory na segmenty, umożliwiając lokalizację przejścia cząstki lub kaskady wzdłuż drutu anodowego z dokładnością do długości segmentu. Całość zamknięta była pokrywą i odpowiednimi korkami na obu końcach. W korku przednim, oprócz wyprowadzeń sygnałów z drutów anodowych, znajdowały się dwa złącza gazowe. Wewnętrzna rurka poliuretanowa doprowadzała gaz ze

złącza wejściowego na przeciwległy koniec komory, zapewniając przepływ gazu licznikowego od tyłu w kierunku przodu.

Rysunek 3.2. Elementy montażowe 8 sekcyjnej komory kalorymetru BAC.

3.2S

Komory kalorymetru BAC posiadały odczyt zarówno z drutów anodowych, jak i katod sygnałowych. Schemat blokowy systemu odczytu prezentowany jest na rysunku 3.3. Rezystor o wartości 12 MΩ, wpięty szeregowo w obwodzie polaryzacji anody, spełniał rolę ogranicznika prądu w przypadku zwarcia elektrycznego wewnątrz komory, jak i zapewniał przekaz indukowanego impulsu prądowego w obwodzie anody prawie w całości do przedwzmacniacza prądowego (konwertera prądowo-napięciowego). Przedwzmacniacz prądowy posiadał wyjścia symetryczne, z których jedno było wykorzystywane w systemie rejestracji toru cząstek, drugie w systemie pomiaru kalorymetrycznego. Dalszymi elementami systemu rejestracji toru były dyskryminatory z ustawionym progiem dyskryminacji poniżej poziomu sygnału, odpowiadającemu przejściu cząstki minimalnie jonizującej, odpowiednio głęboki rejestr przesuwny oraz układy transmisji i obróbki danych. Część kalorymetryczna składała się z sumatorów analogowych, do których podłączone były sygnały z drutów anodowych, tworząc tzw. wieże drutowe oraz układów kształtowania impulsów i przetworników analogowo – cyfrowych (ADC). W celu rozszerzenia dynamicznego zakresu

Rysunek 3.3. Schemat blokowy systemu odczytu elektronicznego z komór gazowych kalorymetru BAC.

pomiarowego, sygnały były rozdzielane na dwa równoległe tory o małym ( KV = 1) i dużym ( KV = 10) wzmocnieniu napięciowym, co odpowiadało depozytowi energii odpowiednio około 100 GeV i 10 GeV.

Sąsiadujące cztery ( w niektórych przypadkach 3 lub 2) komory jednej warstwy miały połączone równolegle ze sobą kolejne katody sygnałowe, tworząc obszary o wymiarach 50 cm x 50 cm i dołączone były do przedwzmacniaczy prądowych. Przedwzmacniacze te miały inną budowę niż przedwzmacniacze pracujące w obwodzie anodowym, ze względu na dużą pojemność połączonych równolegle katod sygnałowych, dochodzącą do 1.5 nF, jak i inne parametry amplitudowe oraz czasowe indukowanych impulsów. Dalsza budowa toru była zbliżona do kalorymetrycznej części odczytu z drutów anodowych, tworząc tzw. wieże katodowe.

Depozyt energii w kalorymetrze był wyznaczany na postawie amplitudy sygnału z wież drutowych, które rozciągały się na pełną głębokość kalorymetru. Natomiast lokalizacja depozytu energii wzdłuż drutu dokonywana była na postawie sygnałów z wież katodowych. Czas dryfu elektronów w kierunku anody jest uzależniony od miejsca jonizacji pierwotnej i wynosił w geometrii pojedynczej sekcji komory kalorymetru, przy napięciu polaryzacji 1785V, maksymalnie około 220 ns. Tak duże rozmycie czasowe, w stosunku do czasu pomiędzy kolejnymi zderzeniami elektron - proton w punkcie interakcji (co 96 ns), wymagało odpowiednio zawansowanego systemu obróbki danych i ekstrakcji potrzebnych wielkości.

Zasilacz wysokiego napięcia HVPS (0-3000V) k=2x12,5 mV/μA NH 19-6112 ~100Ω 12MΩ 1nF DYSKRYMINATOR REJESTR PRZESUWNY BUFOR

Σ

Σ

Σ

Σ

CZĘŚĆ KALORYMETRYCZNA – WIEŻE DRUTOWE, WIEŻE KATODOWE SYSTEM REJESTRACJI TORU

System ten również rozpoznawał i odrzucał przypadki bardzo dużych sygnałów, wykreowanych przez kaskady, zapoczątkowane wysokoenergetycznymi neutronami lub przez możliwe wyładowania iskrowe w komorze.

3.3 E

BAC

Pomiar energii cząstki w kalorymetrze oparty jest na pomiarze energii zdeponowanej w jego objętości przez cząstkę pierwotną i cząstki wykreowanej kaskady. Suma długości śladów

T w kalorymetrze wszystkich cząstek kaskady jest proporcjonalna do energii E cząstki

pierwotnej, T  [26]. W kalorymetrze próbkującym o grubości d pojedynczej warstwy E

absorbentu, ilość przecięć warstw aktywnych wynosi średnio T/d. Z każdym przejściem cząstki przez warstwę aktywną wiąże się jonizacja średnio n atomów gazu roboczego, zatem średni całkowity ładunek N, wykreowany we wszystkich warstwach aktywnych, przy pełnym pochłonięciu cząstki i współczynniku wzmocnienia gazowego A, jest proporcjonalny do

d A n E

N   . Rozwój kaskad hadronowych w warstwach absorbentu oraz proces jonizacji pierwotnej i wtórnej w komorze proporcjonalnej ma charakter statystyczny. Oznacza to, że sygnał kalorymetru dla identycznych cząstek o tej samej energii podlega fluktuacjom. Fluktuacje statystyczne, związane są z: fluktuacjami rozwoju kaskady hadronowej, fluktuacjami próbkowania (to jest ze statystyką podziału depozytu energii absorbent - warstwa aktywna), statystycznym rozkładem strat jonizacyjnych pojedynczej cząstki w warstwie aktywnej (rozkład Landaua) oraz statystycznym charakterem rozwoju lawin elektronowo - jonowych w obszarze mnożenia lawinowego, gazowego detektora proporcjonalnego. Przyjmując, że wszystkie wymienione procesy są niezależne, otrzymujemy, że odchylenie standardowe (N) N (E) E . Zatem energetyczna zdolność rozdzielcza kalorymetru zależy od statystycznego charakteru procesów, które przyczyniają się do względnego rozmycia sygnału i wynosi (E) Ea E , gdzie a jest współczynnikiem proporcjonalności.

Sygnał kalorymetru uzależniony jest również od kąta padania cząstki (różne długości drogi w absorbencie i w warstwie aktywnej), od jednorodności budowy kalorymetru (występujące obszary nieaktywne) dając stały niezależny od energii cząstki σ0 przyczynek do względnego rozmycia sygnału.

Szumy toru elektronicznego, stowarzyszonego z komorami, są niezależne od amplitudy sygnału wejściowego, który jest proporcjonalny do energii cząstki. Zatem kontrybucja do

względnego rozmycia sygnału wynosi b E, gdzie b jest współczynnikiem proporcjonalności, zależnym od średniokwadratowej amplitudy szumów toru elektronicznego.

Energetyczna zdolność rozdzielcza hadronowego kalorymetru próbkującego jest wypadkową wszystkich wymienionych czynników i może być wyrażona w postaci równania:

2 0 2 2 ) (   _               E b E a E E . (3.1)

W celu przetestowania i kalibracji kalorymetru uzupełniającego został zbudowany prototyp tzw. moduł testowy, składający się z 11 płyt stalowych o wymiarach 2 m x 2 m i grubości identycznej, jak w kalorymetrze docelowym. Szczeliny modułu testowego wypełnione były krótkimi komorami 8-sekcyjnymi. Moduł testowany był w Europejskim Ośrodku Fizyki Jądrowej (CERN) wysokoenergetycznymi elektronami, mionami i hadronami. Szczegółowe wyniki zawarte w [27] można podsumować następująco: odpowiedź kalorymetru była liniową funkcją energii cząstki, w przedziale energii dla elektronów od 10 do 30 GeV, dla hadronów od 10 do 100 GeV, energetyczna zdolność rozdzielcza wynosiła 85 %·E ^-1/2 dla elektronów i 120 %·E ^-1/2 dla hadronów, (E w GeV).

Dla kalorymetru BAC energetyczną zdolność rozdzielczą w sposób dominujący wyznaczał składnik statystyczny, stąd prezentowane wartości liczbowe uzależnione są jedynie

R

OZDZIAŁ

4

K

OMORA PROPORCJONALNA JAKO ELEMENT

WARSTWY AKTYWNEJ KALORYMETRU

BAC

Działanie każdego gazowego detektora proporcjonalnego uzależnione jest od rodzaju i ciśnienia użytej mieszaniny roboczej, od napięcia polaryzacji elektrod oraz od geometrii detektora. Dla detektora przepływowego, jakim były komory kalorymetru, istotne są również zmiany ciśnienia mieszaniny roboczej, wynikające ze zmian ciśnienia atmosferycznego, zmiany temperatury pracy detektora i koncentracja gazów resztkowych (zanieczyszczeń). Zagadnienia te są kolejno omówione w kolejnych częściach rozdziału.