Előfizetés a lapra

Fotonvadász leopárd

cserenkov-sugárzás, élettelen, fizika, részecske

2013/12/04

Akik szépnek találják a sarki fényt vagy a szivárványt, azoknak minden bizonnyal a Cserenkov-sugárzás is tetszene. Ez a kékes ragyogás akkor keletkezik, amikor töltött részecskék a közegbeli fénysebességnél gyorsabban haladnak, mérnökhallgatók praktikusan a Műszaki Egyetem tanreaktorában találkozhatnak a jelenséggel. Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) magyar detektor-fejlesztő csoportja (REGARD) – Varga Dezső vezetésével – olyan részecskemegfigyelő berendezést fejleszt, amelynek működése szintén a Cserenkov-effektuson alapul. A tovaterjedő sugárzás hullámfrontjának elhajlási szögéből a hullámban jelen lévő részecskék sebességét mérhetik meg, amellyel impulzusuk ismeretében a tömegük már kiszámítható. A tömeg pedig olyan a fizikus számára, mint a DNS a rendőrségnek, ebből már biztosan tudni lehet, milyen részecskék alkották a hullámot.

 A Cserenkov-detektorok egyedi fotonok kimutatására szolgálnak, amire már egy egyszerű fotoelektron-sokszorozó is alkalmas. Amikor azonban nagy felületen kell nagyon pontosan meghatározni a beérkező fotonok helyét, illetve a berendezésnek például erős mágneses térben kell üzemel nie (mint a CERN-ben zajló méréseknél), praktikusabb gáztöltésű detektorokat használni. Ilyen a magyar csoport által készített mikrostruktúrás elrendezéssel kombinált TCPD-detektor is, melynek lelke egy 300 mikronos lyukakkal sűrűn teletűzdelt nyomtatott áramköri lap (TGEM). Erre feszültséget kapcsolva, a lyukakban olyan nagy lesz a térerősség, hogy a beérkező fotonok által kiütött elektronok, a lyukakon áthaladva, újabb elektronokat szakítanak le az egész belső teret kitöltő gázrészecskékről. A „lavinahatás” révén a lyukak túloldalán több száz elektron lép ki, amelyeket egy sokszálas kamra (MWPC) segítségével gyűjtenek össze. Az elektronok a pozitív töltésű szál felé haladnak, miközben ütköznek a gázmolekulákkal, az ütközések között pedig az anód szál elektromos teréből energiát vesznek fel, így alakul ki az elektronsokszorozó hatás. A sokszálas kamrában több párhuzamosan futó szál helyezkedik el két sík katódlemez között. Ezt szegmensekre osztva, meghatározható az eredeti elektron vagy foton helye.

TGEM fotonhozam-térképe

 A mikrostruktúrás elrendezés és a sokszálas kamra hibridizációjával kialakított új berendezésből az észlelt fotonszámot és a keletkező elektronlavina nagyságát mutató adatokat nyerhetünk, amelyeket ha számítógéppel feldolgozunk, a megjelenő kép a leopárd közismerten foltos bundájára emlékeztet. A sötét területek a nyomtatott áramköri panel lyukainak felelnek meg, a különböző lyukak azonban egymástól eltérő erősítéseket mutatnak. Mint azt Hamar Gergő, a fejlesztéssel foglalkozó kutatócsoport egyik tagja elmondta, a berendezést a nagy energiát igénylő kutatásokon túl például távolsági tűzjelző készülékben lehetne hasznosítani. A jelenleg piacon lévő ilyen eszközök módszereinél sokkalta jobb, érzékenyebb és pontosabb az UV-sugárzáson alapuló mérés. Így korábban, kevesebb eszközzel és nagyobb távolságról is észlelni lehet a veszélyt.

A fotonhozam-térképen a sötét foltok felelnek meg a lyukaknak, ahol a detektor nem észlel

 A készüléket eredetileg a Nagy Hadron Ütköztető ALICE nevű kísérletének továbbfejlesztéséhez tervezték a CERN-ben, ahol majd a nagyon gyorsan haladó, tehát nagy impulzusú részecskék érzékelésével kutatott kvark–gluon plazma tulajdonságainak pontosabb megismerését tenné lehetővé. A magyar kutatócsoport több külföldi csoporttal együttműködve jelentős részt vállalt ebben a nemzetközi kollaborációban, ám a beépítésről nem most, hanem várhatóan a következő nagy karbantartás idején döntenek.

TGEM erősítés-térképe

 Varga Dezső kiemelte, hogy méréseik során a berendezés olyan mértékű pontosságára és érzékenységére derült fény, amely lehetővé teszi, hogy a „leopárdot” más detektorok fejlesztésénél is bevessék. Így például alkalmas a TGEM-panel lyukainak, egyedi tulajdonságainak vagy éppen a hibáinak felderítésére. Jelenleg egyebek között a detektort kitöltő gáz összetételét és a TGEM-lyukak elrendezésének különféle változatait tesztelik, de azon is gondolkodnak, hogy az említetteken kívül milyen egyéb, az ipar számára is hasznos irányba lehetne továbbfejleszteni a mérőeszközt.

 KŐVÁGÓ ANGÉLA

2013/47