ՀՍՀ/ԴԵՏԵԿՏՈՐՆԵՐ ՏԱՐՐԱԿԱՆ ՄԱՍՆԻԿՆԵՐԻ

ԴԵՏԵԿՏՈՐՆԵՐ ՏԱՐՐԱԿԱՆ ՄԱՍՆԻԿՆԵՐԻ, տարրական մասնիկների, ռենտգենյան և գամմա-ճառագայթների հայտնաբերման, գրանցման և դրանց բնութագրական մեծությունների (տարածական կամ ժամանակային կոորդինատներ, արագություն, էներգիա, զանգված ևն) որոշման սարքեր: Դետեկտորների աշխատանքի հիմքում ընկած են այն երևույթները, որոնք միջավայրով ճառագայթների կամ տարրական մասնիկների անցման հետևանք են: Դետեկտորի աշխատանքային նյութում առաջանում են գրգռված և իոնացված ատոմներ, որոնք որոշակի պայմաններում հայտնաբերվում և գրանցվում են: Որոշ դետեկտորներում գրանցվում են մասնիկի անցման ժամանակ առաջացած էլեկտրամագնիսական ճառագայթումները: Դետեկտորներից ստացվող լուսային, էլեկտրական կամ այլ ազդանշանները գրանցվում են հետագա մշակման համար կամ օգտագործվում ուրիշ սարքավորումների աշխատանքը կառավարելու համար: Դետեկտորների կարևոր բնութագրերից են արդյունավետությունը, ժամանակային լուծունակությունը և մեռյալ ժամանակը: Առաջինը ցույց է տալիս աշխատանքային ծավալում մասնիկի գրանցման հավանականությունը: ժամանակային լուծունակությունը ցույց է տալիս հետագա օգտագործման համար պիտանի ելքի ազդանշանի ձևավորման ամենակարճ ժամանակամիջոցը: Մեռյալ ժամանակը այն ամենակարճ տևողությունն է, որ անհրաժեշտ է դետեկտորին հաջորդ գրանցմանը պատրաստ լինելու համար՝ առանց արդյունավետության նվազման: Մյուս բնութագրերից են տարածական լուծունակությունը՝ մասնիկի տարածական կոորդինատների որոշման ճշտությունը ցույց տվող մեծություն, և էներգետիկ լուծունակությունը՝ մասնիկի անցման կամ կլանման հետևանքով տվյալ դետեկտորում անջատված էներգիայի որոշման հարաբերական ճշտությունը (տոկոսներով արտահայտված): Տարրական մասնիկների պարզագույն դետեկտորներից է իոնացման խցիկը: Այն կազմված է հերմետիկ անոթում տեղադրված և հելիում, արգոն կամ այլ իներտ գազով լցված էլեկտրական կոնդենսատորից, որի էլեկտրոդներին տրվում է 100—1000 վ պոտենցիալների տարբերություն: Խցիկով մասնիկի անցման դեպքում գազում առաջացած էլեկտրոններն ու իոնները էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ շարժվում են դեպի համապատասխան էլեկտրոդները: Հոսանքային իոնացման խցիկում գալվանաչափով որոշվում է էլեկտրոնների ու իոնների ստեղծած էլեկտրական հոսանքը: Իմպուլսային խցիկում ուժեղացումից հետո գրանցվում և չափվում է R դիմադրության վրա առաջացող լարման իմպուլսը: Անոդ-կաթոդային փոքր լարումների դեպքում ոչ բոլոր էլեկտրոններն են հասնում անոդին՝ նրանց դրեյֆի ժամանակ տեղի ունեցող ռեկոմբինացման պատճառով: Համեմատաբար մեծ աշխատանքային լարումների դեպքում ռեկոմբինացիայի երևույթը համարյա վերանում է, և ելքի ազդանշանը համեմատական է դառնում առաջնային իոնների թվին: Ելքի թույլ ազդանշանի (1 մկվ-ից մինչև 1 մվ) պատճառով իոնացման խցիկն օգտագործվում է ոչ թե առանձին մասնիկների, այլ հիմնականում դրանց խմբերի գրանցման և այդ խմբերում մասնիկների թվի որոշման համար: Համեմատական հաշվիչը կառուցվածքով նման է իոնացման խցիկին այն տարբերությամբ, որ այս դետեկտորի անոդային թելիկը շատ ավելի բարակ է ընտրվում՝ անոդին մոտ տարածություններում էլեկտրական դաշտի գրադիենտի մեծ արժեք ապահովելու համար: Դեպի անոդ շարժվող յուրաքանչյուր էլեկտրոն այդ էլեկտրական դաշտում հասցնում է բավականաչափ էներգիա ձեռք բերել և, բախվելով չեզոք ատոմներին, առաջացնել Էլեկտրոն-իոն m նոր զույգ: Բացի այդ, Էլեկտրոնը կարող է նաև գրգռել ատոմները, որոնք, անցնելով իրենց նորմալ վիճակին, էլեկտրամագնիսական քվանտներ են ճառագայթում: Վերջիններս հասնելով կաթոդին՝ ֆոտոէֆեկտի պատճառով առաջացնում են հատ նոր էլեկտրոն, որոնք իրենց հերթին շարունակում են նույն պրոցեսը: Այսպիսով, տեղի է ունենում էլեկտրոնների սկզբնական թվի (n 0) ավելացում կամ, այսպես կոչված, գազային ուժեղացում: Վերջնականապես անոդային թելիկին հասնող էլեկտրոնների թվի (ո) հարաբերությունը ո 0-ին կոչվում է գազային ուժեղացման գործակից (M). այն հավասար է ՝103—104 (երբեմն կարող է հասնել մինչև 106 և ավելի): Համեմատական հաշվիչում կարելի է ստանալ ելքի բավական մեծ ազդանշաններ (1 վվ-ից մինչև 1 վ) և ոչ միայն գրանցել առանձին մասնիկներ, այլև չափել նրանց առաջացրած իոնացումը: Վերջին տարիներին լայն կիրառություն են գտել բազմաթել համեմատական հաշվիչները, որոնք ունեն հարթ կաթոդներ և դրանց արանքում իրար մոտիկ շարված բազմաթիվ թելիկներ: Ամեն թելիկը մի անկախ հաշվիչ է և թույլ է տալիս որոշել մասնիկի անցման կոորդինատը: Բազմաթելիկ հաշվիչների մի տարատեսակում՝ դրեյֆային հաշվիչներում թելիկներն իրարից հեռու են (1 սմ և ավելի), և մասնիկի կոորդինատը որոշվում է՝ չափելով իոնացման էլեկտրոնների դրեյֆի ժամանակը: Գեյգեր-Մյուլլերյան հաշվիչը, որ կառուցվածքով նման է վերոհիշյալ դետեկտորներին, աշխատում է անոդ-կաթոդ պոտենցիալների ավելի մեծ տարբերությամբ: Պոտենցիալների որոշակի շեմային տարբերությունից (V շ) մեծ լարումների դեպքում գազային ուժեղացման գործակիցը՝ M 1, և հաշվիչում գազային պարպում է առաջանում, որի հետևանքով հոսանքը զգալիորեն աճում է: Այդպիսի հոսանքին Գեյգեր-Մյուլլերյան հաշվիչը երկար չի դիմանա, անհրաժեշտ է լինում ինչ-որ ձևով հոսանքը ընդհատել: Եթե հոսանքի ընդհատումը կատարվում է արտաքինից, ասենք, շատ մեծ R դիմադրության կամ հատուկ ռադիոսխեմաների կիրառմամբ, ապա հաշվիչը կոչվում է ինքնաչհանգչող, իսկ եթե դա կատարվում է որոշակի քանակությամբ օրգանական գազերի կամ հալոգենների ավելացումով, ապա հաշվիչը կոչվում է ինքնահանգչող կամ Տրոստի հաշվիչ: 30-ական թվականներից լայնորեն կիրառվող Գեյգեր-Մյուլլերյան ինքնահանգչող հաշվիչում հոսանքի ընդհատման մեխանիզմը հետևյալն է. օրգանական մոլեկուլները կլանում են գրգռված ատոմներից արձակված քվանտները և իրենց հերթին բոլոր ուղղություններով առաքում նոր էլեկտրոններ, որոնք և «բոցավառում» են հաշվիչի ամբողջ ծավալը: Ընթանում է հեղեղի զարգացման սկզբնական արագ փուլը: Սակայն երբ սկսում են կաթոդ հասնել ավելի դանդաղաշարժ իոնները, և հաշվիչի էլեկտրական շղթայով մեծ հոսանք է անցնում, ապա նույնիսկ արտաքին փոքր R դիմադրության վրա պոտենցիալի այնպիսի անկում է տեղի ունենում, որ անոդ-կաթոդ լարումը ավելի փոքր է դառնում, քան V շ-ը: Այսպիսով գազային պարպումը դադարում է, և Գեյգեր-Մյուլլերյան հաշվիչը հանգչում: Կայծային հաշվիչը երկու հարթ զուգահեռ էլեկտրոդներից կազմված փակ անոթ է, որը լցվում է իներտ գազով և օրգանական նյութի գոլորշիներով: Կիրառված լարման շնորհիվ էլեկտրոդների արանքով (0,1 սմ-ից մինչև 1 սմ) մասնիկ անցնելիս տեղի է ունենում ուժեղ և արագ կայծային պարպում: Լուսանկարելով էլեկտրական դաշտի ուղղությամբ զարգացող տեսանելի կայծը, կարելի է որոշել մասնիկի անցման տարածական կոորդինատները: Որոշ դեպքերում, առանց նախօրոք հաշվիչին լարում տալու, հնարավոր է կայծ ստանալ՝ էլեկտրոդների նկատմամբ կիրառված բարձր լարման կարճատև իմպուլսի շնորհիվ: Իմպուլսային սնուցումը, որը կիրառվում է նաև այլ դետեկտորներում («կառավարվող» դետեկտորներ), հնարավորություն է տալիս խուսափել ավելորդ և անօգուտ ինֆորմացիայից: Կայծային խցիկը պարզագույն դեպքում կառուցվում է մի քանի իմպուլսային կայծային հաշվիչների հաջորդական միացումով: Լուսանկարված կայծերի հաջորդականությունը հնարավորություն է տալիս վերականգնել մասնիկի հետագիծը: Հաճախ կայծային խցիկի էլեկտրոդները պատրաստում են բարակ լարերից (բազմաթելիկ համեմատական հաշվիչների նման), որոնց միջև առաջացող կայծերը գրանցվում են օպտիկական, ձայնային կամ էլեկտրական մեթոդներով: Վերջին տարիներին լայնորեն կիրառվում են լայնարանք կայծային խցիկները, որոնց հարթ էլեկտրոդների միջև եղած հեռավորությունը 30—40 սմ է: Այդ խցիկներում կայծ առաջացնելու համար պահանջվում է մինչև 100 կվ ամպլիտուդով իմպուլս: Լայնարանք խցիկում (ի տարբերություն նեղարանք կայծային հաշվիչի) կայծը հետևում է մասնիկի հետագծին, եթե էլեկտրական ուժագծերի և հետագծի միջև անկյունը մեծ չէ («400): Նոր Ամբերդի կայանում կատարված փորձերը ցույց տվեցին, որ մագնիսական դաշտում ստացվում են կորագիծ կայծեր, որոնք հնարավորություն են տալիս մեծ ճշտությամբ որոշել մասնիկի շարժման քանակը՝ չափելով կայծային հետագծի կորության շառավիղը: Ստրիմերային խցիկը թեև կառուցվածքով նման է լայնարանք կայծային խցիկին, սակայն աշխատանքի սկզբունքով տարբերվում է նրանից: Ստրիմերային խցիկում գրանցվող մասնիկները շարժվում են էլեկտրական ուժագծերի նկատմամբ մեծ անկյան տակ՝ համարյա զուգահեռ էլեկտրոդներին: Մասնիկի հետագծի երկարությամբ իոնացման էլեկտրոնները իմպուլսային հզոր դաշտում շարժվում են դեպի անոդ և իրենց ճանապարհին երկրորդային իոնացումով առաջացնում տեղական էլեկտրոն-իոնային հեղեղներ: Սակայն կարճ ժամանակից հետո(10-9 10-8 վրկ) կիրառված դաշտը վերանում է, այնպես որ այդ հեղեղները չեն հասցնում ուժեղանալ և վերածվել կայծային պարպման: Հեղեղները մարում են և կայծային զարգացման սաղմնային վիճակում առաջացնում այսպես կոչված ստրիմերներ, որոնցից արձակված թույլ լույսն էլ նկարվում է ֆոտոլուսանկարչական ապարատով կամ հայտնաբերվում էլեկտրոնաօպտիկական փոխակերպիչների օգնությամբ: Այսպիսով, ստրիմերային խցիկում վերարտադրվում է մասնիկի հնտագիծը: (Լայնարանք կայծային և ստրիմերային խցիկների հետազոտման համար մի շարք սովետական ֆիզիկոսներ, այդ թվում Երևանի ֆիզիկայի ինստիտուտի աշխատակիցներ Ա. Ի. Ալիխանյանը և Թ. Լ. Ասաթիանին արժանացել են լենինյան մրցանակի): Կիսահաղորդչային դետեկտորը կազմված է ո և p տիպի կիսահաղորդհչների բարակ շերտերից, որոնց արանքում գտնվում է սեփական հաղորդականոլթյան i տիպի կիսահաղորդչի համեմատաբար հաստ շերտ: Ներկայումս օգտագործվում են n-i-p տիպի դիֆուզիոն (կան նաև մակերևութա-արգելքային) դետեկտորները: Արտաքին լարումը ո և p շերտերի ոսկե կամ ինդիումային կոնտակտներին տրվում է այնպես, որ նորմալ պայմաններում շղթայով հոսանք չի անցնում: Իսկ երբ աշխատանքային i շերտում էլեկտրոններ և իոններ են առաջանում (ճառագայթների անցման հետևանքով) ապա շղթայում ծագող հոսանքը R դիմադրության վրա պոտենցիալի անկում է ստեղծում: Ելքի էլեկտրական ազդանշանը համեմատական է իոնացմանը: Սցինկլիլյացիոն հաշվիչը կազմված է ռադիստորից, ֆոտոէլեկտրոնային Բազմապատկիչից և էլեկտրոնային սարքերից: Մասնիկի անցման ժամանակ ռադիատորի մեջ սցինտիլյացիայի հետևանքով առաջանում են լույսի ֆոտոններ Ֆոտոէլեկտրոնային բազմապատկիչը լուսափն ազդանշանը վերածում է էլեկտրականի, որը և ուժեղացվելուց հետո գրանցվում է էլեկտրոնային սարքերով: Ֆոտոէլեկտրոնային էկրանով պաշտպանվում է արտաքին էլեկտրամագնիսական դաշտերից և լույսից (արտաքին լույսից պաշտպանվում է նաև ռադիատորը), որոնք կարող են ազդել սարքի աշխատանքի վրա: Սցինտիլյացիոն լույսը ֆոտոբազմապատկիչին հասնելու համար անհրաժեշտ է, որ տվյալ նյութի առաքման և կլանման սպեկտրներն իրարից տարբերվեն: Այդ նպատակով որոշ պլաստիկ սցինտիլյատորների, օրինակ, պոլիստիրոլի մեջ ավելացնում են այսպես կոչված շեղիչներ: Տվյալ սցինտիլյատորի, հետևաբար էլ սցինտիլյացիոն հաշվիչի կարևոր բնութագրերից են քվանտային ելքը և լուսավորման ժամանակը: Առաջինը լուսային մեկ ֆոտոն ստանալու համար ծախսված էներգիայի հակադարձ մեծությունն է, իսկ երկրորդը՝ այն ժամանակը, որի ընթացքում սցինտիլյացիոն լույսի ինտենսիվությունը նվազում է е 2,72 անգամ: Արագագործության և այլ հատկությունների շնորհիվ սցինտիլյացիոն հաշվիչներոը վերջին տասնամյակներում համարյա լրիվ փոխարինեցին ավելի դանդաղաշարժ դետեկտորներին: Չերենկովյան հաշվիչի ռադիատորը (ի տարբերություն սցինտիլյացիոն հաշվիչի) պատրաստում են սցինտիլյացիոն հատկություն չունեցող, թափանցիկ նյութից: Այս դետեկտորը հիմնականում օգտագործվում է մասնիկներն ըստ զանգվածների բաժանելու համար: Տվյալ ո բեկման ցուցիչով միջավայրում առաջացած չերենկովյան ճառագայթման ինտենսիվությունը և առաքման անկյունը (տես Վավիլով-Չերենկովի էֆեկտ) կախված են մասնիկի արագությունից (ճառագայթում առաջանում է որոշակի շեմային V շ արագությունից սկսած): Չերենկովյան ֆոտոնների թիվը միշտ մի քանի կարգ ավելի փոքր է, քան սցինտիլյացիոն ֆոտոններինը, այդ պատճառով չերենկովյան հաշվիչներն ավելի նուրբ են և դժվար կիրառելի: Եթե տվյալ հաշվիչում օգտագործվում է ճառագայթման առաջացման շեմային բնույթը, ապա հաշվիչը կոչվում է շեմային, իսկ եթե օգտագործվում է այն փաստը, որ տարբեր գերշեմային արագություններով մասնիկների դեպքում ճառագայթներն առաքվում են հետագծի նկատմամբ տարբեր անկյան տակ, ապա հաշվիչը կոչվում է դիֆերենցիալ: Ներկայումս դիֆերենցիալ և ավելի պարզ՝ շեմային չերենկովյան հաշվիչներով հնարավոր է իրարից զանազանել էլեկտրոնները, մյուոնները, պիոնները ևն: Անցումային ճառագայթման դետեկտորով որոշվում են տարրական մասնիկների զանգվածը և էներգիան՝ այնպիսի գերբարձր էներգիաների դեպքում, երբ չերենկովյան կամ այլ հաշվիչների ու մեթոդների կիրառումն անհնար է դառնում: Անցումային ճառագայթում առաջանում է, երբ լիցքավորված մասնիկն անցնում է տարբեր դիէլեկտրիկ թափանցելիություն ունեցող երկու միջավայրերի սահմանով: Անցումային ճառագայթման գոյությունը տեսականորեն կանխագուշակեցին սովետական ֆիզիկոսներ Վ. Լ. Գրնզբուրզը և Ի. Մ. Ֆրանկը (1945): Դետեկտորի ստեղծման գործում խիստ կարևոր էին այն առաջին տեսական արդյունքները, որ ստացան Գ. Մ. Ղարիբյանը, Մ. Լ. Տեր-Միքայելյանը և այլ հայ ֆիգիկոսներ ռենտգենյան անցումային ճառագայթման վերաբերյալ (1959—1960): վերլուծելով շերտավոր միջավայրերում ռենտգենյան անցումային ճառագայթման առանձնահատկությունները՝ Ա. Ի. Ալիխանյանը, Ֆ.Ռ. Հարությունյանը, Կ. U. Իսպիրյանը և Մ. Լ. Տեր-Միքայելյանը առաջարկեցին (1961) այն հիմնական մեթոդները, որոնց հիման վրա Երևանի ֆիզիկայի ինստ-ում կառուցվեց առաջին դետեկտորը, վերջինս օգտագործվեց տիեզերական ճառագայթման հետազոտման համար: Այդ տիպի դետեկտորի աշխատանքի հիմքում ընկած է այն փաստը, որ շերտավոր միջավայրերով անցնելիս, գերբարձր էներգիայով մասնիկների առաջացրած անցումային ճառագայթման ինտենսիվությունը առաքված ֆոտոնների անկյունային և էնէրգետիկ որոշակի տիրույթներում բավական արագ մեծանում է մասնիկի էներգիայի և զանգվածի հարաբերության մեծացման հետ: Հետնաբար, չափելով ճառագայթման ինտենսիվությունը, կարելի է որոշել մասնիկների զանգվածները (թեթև մասնիկներն ավելի շատ են ճառագայթում, քան ծանրերը): Այսպես կոչված բնութագրական ռենտգենյան ճառագայթների մեթոդի կիրառման դեպքում մասնիկը և շերտավոր ռադիատորում առաջացած անցումային ճառագայթումը ընկնում են ծանր գազ (քսենոն) պարունակող անոթի մեջ: Մասնիկը գրանցվում է սցինտիլյացիոն С 1 С 2 Сз հաշվիչներով, իսկ անցումային ճառագայթման ֆոտոնները կլանվում են և գազի ատոմների К թաղանթներից էլեկտրոններ պոկում: Երբ L, M և այլ թաղանթների էլեկտրոնները լրացնում են ազատված К թաղանթը, ատոմն արձակում է բնութագրական ռենտգենյան ճառագայթման ֆոտոններ, որոնք գրանցվում են Nal սցինտիլյացիոն հաշվիչներով: Այսպես կոչված էներգաանջատման մեթոդով աշխատող դետեկտորը, որը բաղկացած է շերտավոր ռադիատորների և համեմատական հաշվիչների զույգերի հաջորդականությունից, հնարավորություն է տալիս ինտենսիվ անցումային ճառագայթում առաջացնող թեթև մասնիկը տարբերել ծանրից: Վերոհիշյալ դետեկտորները հաճախ օգտագործվում են ավելի բարդ համակարգերի, օրինակ, իոնացման կալորիմետրերի և զանազան սպեկտրոմետրերի մեջ: Գոյություն ունի նաև տարրական մասնիկների դետեկտորների մի այլ խումբ (բշտիկայրն խցիկ, դիֆուզիոն խցիկ, Վիլսոնի խցիկ, ֆոտոէմուլսիա միջուկային), որը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել արագ մասնիկների և միջուկների փոխազդեցության, անկայուն մասնիկների տրոհման պրոցեսները:

Գրկ. . Принципы и методы регистрации элементарных частиц, сост. ред. Л. К. Юани Цзянь-сюн By, пер. с англ., М.,1963 Калашникова В. И.,Козодаев М. С., Детекторы элементарных частиц, М.,1966 {Экспериментальные методы ядерной физики, ч. 1}. Կ. Իսպիրյան