К 45-летию Института

В марте 2001 года наш Институт отметит свое 45-летие. В его истории много фактов, рассказ о которых можно начать со слов “впервые в мире...”. Об одном из таких фактов вспоминают сегодня ветераны Лаборатории ядерных проблем.

Идея создания управляемого быстродействующего трекового детектора заряженных частиц появилась в 1955 году независимо в Советском Союзе и в Италии. Принцип управляемого импульсного питания газоразрядных детекторов, предложенный А.А.Тяпкиным для нитяных счетчиков и М.Конверси для неоновых трубок, положил начало развитию целого направления в методике детектирования треков частиц.

В этой статье нам хочется очень кратко рассказать об исследованиях, выполненных с нашим участием под руководством А.А.Тяпкина на ускорителях ЛЯП и ЛВЭ с использованием гейгеровских счетчиков, работавших в импульсном режиме питания.

Использовать самогасящиеся газоразрядные счетчики при обычном режиме питания для работы на ускорителях было нельзя из-за больших просчетов, обусловленных мертвым временем счетчиков и большим фоном радиационного излучения. Для устранения этих просчетов А.А.Тяпкин предложил осуществить управляемое импульсное питание гейгеровских счетчиков высоковольтным напряжением. Это позволило использовать годоскопические системы газоразрядных счетчиков в экспериментах, проводимых на ускорителях заряженных частиц. Отбор нужных событий производился с высокой временной точностью порядка миллионной доли секунды.

Впервые в мире физические исследования с помощью трековых приборов, основанных на новом принципе, были проведены на синхроциклотроне в Лаборатории ядерных проблем для изучения упругого рассеяния пионов высоких энергий на водороде. Импульсное питание позволило использовать обычные серийные газоразрядные счетчики заводского изготовления. Стоимость таких счетчиков была достаточно низкая.

В действительности, А.А.Тяпкин предложил принцип управляемого питания на конференции по ядерной электронике, проходившей в Москве в Институте атомной энергии в 1954 году, но оформление соответствующих документов для опубликования в открытой печати заняло почти год.

После каждого запуска годоскопической системы производилось фотографирование неоновых ламп, соединенных с годоскопическими счетчиками. Получалась подробная картинка происшедшего события. Недостатком этой методики являлась трудоемкая обработка полученных данных, так как приходилось анализировать каждое событие.

Большое распространение для изучения угловых распределений рассеянных пионов получил метод сцинтилляционных счетчиков. Недостатком этого метода является то, что для получения необходимого углового разрешения надо было использовать счетчики, выделявшие малые телесные углы. В нашей годоскопической установке система управляющих счетчиков охватывала телесный угол, составляющий около двух стерадиан, что в десятки раз превышало телесный угол сцинтилляционного счетчика для получения аналогичного углового разрешения.

Апробирование новой системы наглядно продемонстрировало перспективность методики управляемых газоразрядных детекторов для исследований, проводимых на ускорителях. Это вдохновило нас на использование годоскопической системы в таком сложном эксперименте, как исследование поляризации протонов отдачи в упругом пион-протонном рассеянии.

Этот эксперимент был успешно завершен, и полученная величина поляризации протонов отдачи была использована при проведении фазового анализа всей совокупности экспериментальных данных о пион-протонном взаимодействии при 300 МэВ.

В середине пятидесятых годов в США был получен большой объем данных по протон-протонному рассеянию при энергии 315 МэВ. Проведенный парциально-волновой анализ дал несколько наборов фаз. Для устранения полученной неоднозначности анализа было предложено провести измерение коэффициента спиновой корреляции в упругом протон-протонном рассеянии при этой энергии. Такой эксперимент был выполнен в Дубне с использованием годоскопической системы газоразрядных счетчиков с импульсным питанием. Это был очень сложный эксперимент, так как необходимо было регистрировать редкие случаи тройного ядерного взаимодействия в основной мишени и в двух мишенях-анализаторах. Ситуация еще осложнялась тем обстоятельством, что измерения необходимо было проводить при 315 МэВ, а торможение выведенного пучка протонов из синхроциклотрона от 660 МэВ до 315 МэВ уменьшало интенсивность протонного пучка в 700 (!) раз. Нам удалось выполнить этот эксперимент и получить коэффициент спиновой корреляции с высокой точностью.

В 1961 году И.Ю.Кобзарев и Л.Б.Окунь высказали гипотезу о том, что большая разность масс мюона и электрона ( масса мюона больше массы электрона в 207 раз) связана с взаимодействием мюона с гипотетическим нейтральным векторным мезоном. В рамках этой гипотезы аномальное взаимодействие могло быть и у мюонного нейтрино. Это делало возможным проведение эксперимента на ускорителе в ЛВЭ.

В Дубне на синхрофазотроне был проведен эксперимент по поиску этого аномального взаимодействия. В качестве детектора были использованы газоразрядные счетчики с управляемым импульсным питанием. В этом эксперименте вместе с группой А.А.Тяпкина принимали участие В.И.Векслер и Б.Понтекорво. Этот опыт показал, что нейтрино аномальным взаимодействием не обладает. Следует отметить, что это был первый в мире нейтринный эксперимент, выполненный на ускорителе.

В 1964 году на синхроциклотроне ЛЯП с целью проверки гипотезы, выдвинутой А.М.Балдиным и А.А.Комаром о существовании второго, изоскалярного нейтрального пиона, группы под руководством А.А.Тяпкина и Ю.Д.Прокошкина предприняли эксперимент, в котором исследовалась угловая корреляция гамма-квантов, образующихся при захвате отрицательных пионов протонами. В результате был определен верхний предел вероятности образования второго нейтрального пиона. В этом эксперименте было проведено точнейшее измерение разности масс нейтрального и заряженного пионов. В течение 20 лет это было одно из наиболее точных измерений.

Все эти эксперименты удалось выполнить потому, что в них была использована новая методика, обладающая большой светосилой, высокой эффективностью и хорошим пространственным разрешением.

Пользуемся случаем, чтобы поблагодарить наших надежных помощников Г.П.Зорина и Б.М.Антонова, а также Н.Н.Дерягину, под руководством которой работала большая группа просмотрщиц, проводивших обработку фотографий, полученных в экспериментах с годоскопическими системами.

Предложенный принцип управляемого импульсного питания затем лег в основу техники искровых камер. Как написано в книге И.Беккермана "Невидимое оставляет след", в 1956 году А.А.Тяпкин, выступая на конференции по космическим лучам, проходившей в Тбилиси, предложил питать плоские счетчики не постоянным, а импульсным напряжением, переведя их в так называемый управляемый режим.

А.А.Тяпкин был одним из первых исследователей свойств искровой камеры. Ему удалось достичь больших успехов в создании камер, обеспечивающих высокую точность за счет следования разряда вдоль трека частицы, наклонного к направлению поля в камере. На основе такого типа камер был создан высокоточный пятиметровый магнитный искровой спектрометр (МИС), на котором был проведен большой цикл исследований и открыты радиально-возбужденные состояния пиона.

В заключение заметим, что эксперимент, выполненный с помощью установки МИС на 70-гэвном ускорителе Института физики высоких энергий, был первым совместным экспериментом ОИЯИ - ЦЕРН. Руководителем этого эксперимента со стороны ЦЕРН был профессор Д.Беллини, а со стороны ОИЯИ - профессор А.А.Тяпкин.

И. Василевский, В. Вишняков