Задачи к курсу Детекторы в физике элементарных частиц

Задачи к курсу
Детекторы в физике элементарных частиц
1. Используя формулу Бете-Блоха, нарисовать зависимость среднего выделения
энергии от глубины при падении протонов с энергией 100 МэВ на толстый слой
графита.
2. Оценить длину пробега в воздухе альфа-частиц от распада
радиоактивного источника 90Sr.
241Am,
электронов от
3. Рассчитать средние потери энергии в 1 см железа для электронов и мюонов с
энергией 10 ГэВ.
4. Какой толщины слой железа нужен для остановки пучка мюонов с энергией 10
ГэВ? Электронов? Протонов?
5. Определить угловой размер исходно параллельного пучка протонов с импульсом 1
ГэВ/с после прохождения медной пластики толщиной 1 мм.
6. Детектор содержит однослойное сцинтиллирующее волокно диаметром 0.5 мм,
свет от которого собирается на SiPM. Оцените эффективность такого детектора при
прохождении MIP через центр волокна. Квантовую эффективность SiPM считать
25%.
7. Сколько фотоэлектронов можно получить, если полностью собрать весь свет от пимезона с импульсом 5 ГэВ/с в черенковском счетчике с радиатором длиной 40 см,
заполненным углекислым газом под давлением 5 атм?
8. Пучок с импульсом 1 ГэВ/с содержит 5% электронов, 10% мюонов и 85% пионов.
Нарисовать вероятность срабатывания газового черенковского счетчика длиной 40
см, заполненного углекислым газом, как функцию давления газа в счетчике.
9. Сколько фотоэлектронов можно ожидать в калориметре из свинцового стекла от
электрона с энергией 1 ГэВ, если эффективность светосбора составляет 20%?
10. Оцените требуемую глубину электромагнитного калориметра типа шашлык (2 мм
свинец, 5 мм сцинтиллятор) для регистрации электронов с энергией до 100 ГэВ.
11. С какой точностью можно измерить энергию 1 МэВ-ной -частицы,
остановившейся в кремниевом детекторе? Без учета шума усилителя и с учетом
шума 3000e.
12. Оценить необходимое напряжение смещения для полного обеднения
кремниевого детектора толщиной 400 мкм. Считать концентрацию свободных
носителей ~ 1012 см-3.
13. Типичный ток смещения 10 нА/см2. Оценить (в количестве электронов по входу)
шум, создаваемый этим током на выходе усилителя с характерным временем 10 нс
для детектора площадью 1 см2. Оценить шум для тока смещения 10 мкА. Оценить
шум, создаваемый резистором 1 МОм в цепи смещения.
14. Пропорциональная камера, заполненная гелием, имеет расстояние между
потенциальными плоскостями 4 мм. Какова ее эффективность для регистрации
MIP?
15. Для регистрации протонов с импульсом 5 ГэВ/с используется трековая система,
состоящая из 10 кремниевых микростриповых детекторов толщиной 300 мкм с
шагом стрипов 100 мкм. Детекторы расположены параллельно друг другу на
расстоянии 5 см друг от друга в однородном магнитном поле 10 кГаусс,
направленном вдоль стрипов. Протоны летят перпендикулярно плоскости
детекторов. Оценить импульсное разрешение этой системы.