Детекторный комплекс TIGER

Рис. 1. Схема детекторного комплекса TIGER. 1 - сцинтилляционные детекторы, 2 - детекторы годоскопа, 3 - черенковские детекторы.

    Детекторный комплекс TIGER (Trans-Iron Galactic Element Recorder) предназначен для измерений элементного состава галактических космических лучей. Он работает в диапазоне атомных номеров от Z = 26 (железо) до Z = 40 (цирконий). Эти элементы редко встречаются в галактических космических лучах. Кроме измерения зарядов TIGER позволяет также измерять энергии ядер в диапазоне от 0.3 до ~10 ГэВ/нуклон.
    Детекторный комплекс TIGER является комбинацией сцинтилляционных и черенковских детекторов и годоскопов. (рис 1).

Сцинилляционные дектекторы

Рис. 2. Сцинтиллятор и светопреобразователь. 1 - заряженная частица, 2 - сцинтилляционная вспышка, 3 - световая траектория, 4 - сдвиг длинны волны в светопреобразователе

   Сцинтилляционные детекторы служат для определения энергии, которую частица оставляет в нем. В установке имеется 4 сцинтилляционных детектора S1, S2, S3 и S4. В качестве сцинтиллятора  (рис. 2) используется поливинил толуол. Заряженная частица, пролетая через сцинтиллятор, вызывает световые вспышки в голубом диапазон длин волн. Свет от вспышек через торцы сцинтиллятора попадает в светопреобразователь, где он поглощается и переизлучается в зеленой области спектра, попадая затем в фотоумножители. Прохождение частицы через сцинтиллятор фиксируется электроникой при выполнении условия (S1 OR S2) AND (S3 OR S4).
    Энергия E, которая частица оставляет в сцинтилляторе зависит от ее энергии E, заряда Z и пути, который она прошла в сцинтилляторе L. Для определения L служит годоскоп.

Годоскоп

Рис. 3. Детектор годоскопа

    Годоскоп предназначены для определения траектории частицы, которая проходит через детекторный комплекс. Годоскоп состоит из двух детекторов (см. рис. 1)  Каждый детектор годоскопа состоит из двух плоскостей 1200 сцинтиллирующих оптических волокон с квадратным сечением 1 мм². Оптические волокна в двух плоскостях ориентированы перпендикулярно, что позвляет определить x-y координаты пролетающей частицы.  На обеих концах оптические волокна подсоединены к  фотоумножителям (рис. 3). На одной из сторон к одному ФЭУ подсоединяются по 80 волокон (система грубого считывания), на другом - по 5-6 волокон (система точного считывания). Система грубого считывания позволяет определять координаты с точностью 8 см, система точного считывания - 6 мм. С помощью программной обработки точность определения координаты может быть доведена до 1.7 мм.

Рис. 4. Схема черенковского детектора

Черенковские детекторы

    В установке 2 черенковских детектора. В одном из них (рис. 4.) черенковское излучение возникает в аэрогеле (n = 1.04), в другом в акриле (n = 1.5). Черенковское излучение регистрируется ФЭУ, расположенными по окружности. Частицы с меньшими энергиями лучше детектируются детектором с акрилом, для больших энергий лучше подходит детектор с аэрогелем. На рис. 5 показаны зависимости количества фотоэлектронов (сигнал черенковского детектора) от энергии ядер Mn, Fe, Co и Ni. Вначале по мере роста энергии световой выход быстро увеличивается, а затем выходит на насыщение. В этой области он приблизительно пропорционален Z².

Рис. 5. Зависимость светового выхода от энергии ядер для черенковских детекторов с радиатором а) из акрила, б) из аэрогеля.

    На рис. 6 двухмерное распределение E сигнал от сцинтилляционного детектора - E сигнал от черенковского детектора для ядер Fe, Co, Ni и Cu. Видно, что  такое представление позволяет проводить идентификацию по Z.

Рис. 6. Идентификация ядер Fe, Co, Ni и Cu в детекторном комплексе TIGER

Литература

The TIGER mission

[Эксперимент]