Detectori folositi in experimente de Fizica nucleara relativista

Detectori folositi in experimente de Fizica nucleara relativista

1. Informatii generale

Gama sistemelor de detectie folosite in experimente de Fizica nucleara relativista este extrem de larga si implica principii de detectie diverse. În majoritatea aranjamentelor experimentale propuse pana in prezent - in absenta unor principii de detectie noi - se incearca combinarea multor tipuri de detectori, astfel incat informatia fizica obtinuta sa fie cat mai completa. De asemenea, electronica asociata detectorilor respectivi este tot mai sofisticata pentru ca raportul dintre semnal si zgomot sa atinga valori care sa permita o analiza adecvata a informatiei. În experimentele de Fizica nucleara relativista se intalnesc domenii extrem de largi de mase, sarcini si energii ale particulelor si fragmentelor detectate, ceea ce impune combinarea diferitelor metode de detectie. De aceea, intr-un aranjament experimental pentru studiul ciocnirilor nucleare relativiste se pot intalni: spectrometre cu timp de zbor, detectori Cerenkov, detectori care pot masura energia si pierderea de energie (E-DE), scintilatori de diferite tipuri, detectori cu semiconductori, detectori solizi de urme, diferiti detectori cu vizualizare [emulsii nucleare, camere cu bule, camere cu streamer, camere proportionale multifilare, camere cu deplasare (drift), camere cu proiectie temporala s.a.], spectrometre magnetice, calorimetre de diferite tipuri s.a.

Trebuie avut in vedere faptul ca prin ciocniri nucleare relativiste se produc, asa cum s-a mentionat anterior, numeroase particule si fragmente nucleare in starea finala, iar masele, sarcinile si energiile lor sunt extrem de diverse. În aceste conditii o multitudine de aspecte trebuie avute in vedere pentru extragerea informatiei de interes asupra fiecarei dintre particulele si fragmentele detectate. De aceea, orice detector complex sau orice sistem de detectori trebuie sa satisfaca cateva cerinte majore. Acestea ar fi: localizarea in spatiu a traiectoriei particulei; masurarea energiei particulei; identificarea particulei; localizarea in timp a particulei; obtinerea de detalii asupra naturii interactiei cu materia pentru fiecare din particulele considerate.

Pentru a servi acestor scopuri detectorii trebuie sa ofere o separare spatiala suficienta a particulelor detectate. De asemenea, o buna separare temporala este necesara. Aceste doua aspecte - diferite de rezolutia spatiala, respectiv, rezolutia temporala - pot limita gama de detectori folositi atunci cand se pregateste un aranjament experimental. Asa cum s-a mai spus, detectarea unei particule presupune masurarea unor observabile in procese distincte. Metodele de detectie sunt in stransa legatura cu natura particulelor si cu natura proceselor de interactie cu materia. Ele pot fi clasificate dupa foarte multe criterii. Printre acestea se numara cele care au la baza identitatea particulei detectate. Daca identitatea particulei este pastrata pe parcursul procesului de masurare, permitand masuratori multiple, se considera ca metodele de detectie sunt nedistructive. Daca identitatea particulei este distrusa prin procesul de detectare se poate vorbi de metode de detectie distructive. Alte criterii de clasificare a metodelor de detectie sunt legate de tipul de functie care se are in vedere, in principal, de modul de prelucrare a informatiei s.a.m.d.

În Tabelul I.1 sunt prezentate performantele unor metode de detectie folosite in astfel de experimente.

Fiecare din marile laboratoare din lume care au posibilitatea de a efectua experimente de Fizica nucleara relativista utilizeaza mai multe din aceste metode, implicand clase mari de detectori. De aceea, in curs, se vor trece in revista, pe scurt, principiile de functionare pentru cei mai intalniti dintre detectorii utilizati. Prezentarea lor detaliata este facuta in alte lucrari [14,15,31-33].

Tabelul I.1. Performantele unor metode de detectie folosite

in experimente de Fizica nucleara relativista

2. Descrierea unor detectori folositi in experimente

de Fizica nucleara relativista

Printre detectorii mai des folositi in experimente de Fizica nucleara relativista se numara: emulsiile nucleare, camerele cu bule, camerele cu streamer, camerele proportionale multifilare, camerele cu deplasare, camerele cu proiectie temporala, detectori cu siliciu (microstrip-uri), scintilatorii plastici, calorimetrele hadronice si electromagnetice. În cele ce urmeaza vor fi prezentate pe scurt aceste tipuri de detectori.

Emulsiile nucleare au fost folosite in primele experimente de Fizica nucleara relativista. Ele sunt placi fotografice cu un continut ridicat de argint si pot inregistra traiectoriile particulelor cu sarcina, chiar si la ionizare minima. Obtinerea informatiilor de interes se face din determinarea densitatii de granule si combinarea cu diverse alte masuratori pentru determinarea vitezei si masei particulei.

Fiind mici si avand sensitivitate continua ele au fost foarte utile in experimente implicand radiatia cosmica primara. Au cea mai buna rezolutie spatiala dintre toti detectorii cu vizualizare folositi. Acest fapt este datorat dimensiunilor foarte mici ale granulelor din emulsiile nucleare (sub 0.5 mm) si a distantelor mici dintre acestea, anume 1-2 mm. În multe cazuri sunt obtinute rezolutii spatiale similare, de 1-2 mm. De aceea, ele pot fi folosite pentru determinarea timpilor de viata foarte scurti ai unor particule. Daca, initial, emulsiile nucleare au fost folosite singure, intr-un strat sau in straturi multiple, in prezent ele sunt folosite in sisteme complexe de detectori. Asociate cu camere cu bule si detectori cu semnal electric ele pot da informatii privind localizarea interactiilor de interes. Datorita acestui fapt ele sunt inca folosite in unele experimente de Fizica nucleara relativista.

Camera cu bule este o dezvoltare directa a camerei cu ceata (Wilson, 1912) si a fost construita de Glasser in anul 1952. Volumul sensibil al acestui tip de detector este un lichid, iar informatia este inregistrata pe film sau, mai nou, pe placa holografica. În camera cu bule se creeaza o stare instabila a unui lichid prin supraincalzire. Aceasta supraincalzire a lichidului se realizeaza prin reducerea brusca a presiunii lichidului. În general, reducerea presiunii se face prin intermediul unui piston care se afla in contact cu lichidul din camera. O cantitate foarte mica de energie depozitata de o particula cu sarcina care interactioneaza cu volumul sensibil al camerei cu bule este suficienta pentru a crea instabilitatea si a produce fierberea lichidului. De exemplu, pentru camere cu bule cu hidrogen lichid cantitatea de energie minima care trebuie sa fie depozitata este in jur de 20 MeV/m (3.2x10^-12 J/m). În aceste conditii, traiectoriile particulelor cu sarcina devin vizibile sub forma unor curbe alcatuite din mici bule.

Ca volume sensibile pentru camere cu bule se folosesc: hidrogen lichid (H₂), deuteriu lichid (D₂), heliu lichid (He), propan lichid (C₂H₆), freon lichid (CF₃Br), xenon lichid (Xe). Parametrii de operare pentru lichidul din camera sunt: temperatura, presiunea, densitatea, indicele de refractie si lungimea de radiatie. Ei au valori diferite pentru lichidele folosite in mod curent ca volume sensibile (Tabelul I.2). Pentru fiecare lichid in parte trebuie luate masuri corespunzatoare, avand in vedere ca unele lichide sunt extrem de explozive - H₂, de exemplu - inflamabile (propanul) sau foarte scumpe (Xe).

O problema importanta la operarea camerei cu bule este timpul de expansiune. Este necesar ca fasciculul incident sa intre in camera cu bule atunci cand presiunea este la valoarea minima sau in vecinatatea valorii minime. În acest moment sensitivitatea camerei cu bule este maxima. Iluminarea camerei pentru inregistrarea informatiei pe film sau placa holografica este intarziata in raport cu momentul intrarii fasciculului incident in camera cu pana la 1 milisecunda. Durata aceasta este legata de dimensiunea dorita a bulei, avand in vedere ca pentru fiecare tip de volum sensibil (lichid) exista anumiti timpi de crestere ai bulei. La stabilirea momentului iluminarii camerei pentru a permite cresterea suficienta a bulei trebuie luate in considerare si caracteristicile filmului sau placii holografice folosite pentru inregistrarea informatiei.

Tabelul I.2. Parametrii de operare pentru camere cu bule avand diferite volume sensibile

Camera cu bule nu poate fi folosita pentru inregistrarea unui alt eveniment de interactie pana in momentul reintoarcerii pistonului la pozitia initiala si atingerea presiunii initiale. Perioada scursa de la inceperea detentei pistonului pana la atingerea presiunii initiale mai este cunoscuta ca fiind ciclul camerei cu bule. Ratele de repetitie pentru o camera cu bule obisnuita sunt cuprinse intre 20 cicluri pe secunda si 30 de cicluri pe secunda. De aceea, ea este un detector bun pentru experimente implicand fascicule de protoni si ioni grei si mai putin adecvat pentru fascicule de alt tip (in principal, electroni).

Pentru multe experimente, camerele cu bule pot fi plasate in campuri magnetice perpendiculare pe directia fasciculului incident si paralele cu axa optica a sistemului de stereofotografieire. Valorile campurilor magnetice folosite sunt de pana la 3 T (magneti supraconductori).

În cazul inregistrarii holografice a informatiei trebuie avut in vedere, la un sistem optic conventional, faptul ca utilizarea unei aperturi largi pentru imbunatatirea rezolutiei poate sa reduca adancimea de focalizare. De aceea, se poate obtine rezolutia necesara pentru studierea particulelor de viata scurta, dar se pot folosi si fascicule largi incidente pe camera cu bule deoarece straturile de adancimi diferite nu interfera unul cu celalalt.

Experimentele de Fizica energiilor inalte pot folosi camere cu bule de dimensiuni diferite, in acord cu obiectivele urmarite. Astfel, camerele cu bule de dimensiuni mici, cu rezolutie spatiala mare si rata de repetitie mare, pot fi folosite ca detectori de vertex de interactie in sisteme de detectori complexe, hibride, care implica mai multe tipuri de detectori. Prezinta avantajul ca in astfel de sisteme se poate face declansarea camerei cu bule in vederea inregistrarii informatiei doar pentru interactiile de interes, in acord cu informatia data de ceilalti detectori din sistem. În cazul in care este folosita doar camera cu bule nu se poate face declansarea.

S-au construit si camere cu bule de dimensiuni mari (lungimi de 3-4 m) pentru experimente in care sectiunea de interactie a particulei de interes cu substanta este foarte mica (de exemplu, la CERN a fost construita o camera cu bule de 3.5 m destinata, in principal, detectarii neutrinilor). Dimensiunile tipice ale majoritatii camerelor cu bule folosite in prezent sunt de 2m, in lungime, respectiv, 0.5 m, in inaltime.

Camerele cu bule pot fi folosite pentru reconstructia completa a traiectoriilor particulelor cu sarcina. Procesul de reconstructie se bazeaza pe explorare (scanning) si masurare [3,8]. Ambele operatii necesita un timp de lucru mare, mai ales daca informatia este inregistrata pe film.

Pentru o buna functionare si pastrarea caracteristicilor legate de proprietatea de masurare de pozitie - rezolutie spatiala buna, separarea vertex-urlor de interactie si de dezintegrare, posibilitatea determinarii masei din densitatea de granule s.a. - este necesar ca fasciculul incident sa aiba intensitate mica pentru particule cu sarcina. Avand in vedere dezvoltarile actuale din Fizica acceleratorilor, trebuie mentionat faptul ca nu pot fi folosite camere cu bule pentru acceleratori de tip "collider".

Un alt detector cu vizualizare folosit in multe experimente de Fizica nucleara relativista - mai ales in prima perioada din etapa sistemelor de acceleratori - este camera cu streamer.

Camera cu streamer este un detector care are ca volum sensibil un gaz si poate inregistra informatia de interes pe film sau placa holografica. De aceea, ca si camera cu bule, camera cu streamer este clasificata ca detector cu vizualizare. Primele camere cu streamer au fost construite la IUCN Dubna de catre Chikovani si Dolgoshein si colaboratorii lor [38,39], urmati de grupuri de la CERN, din 1966 [40].

Principiul de functionare al camerei cu streamer se bazeaza pe interactia particulelor cu sarcina cu gazul din camera si pe teoria descarcarilor electrice in gaze [40]. Într-o camera cu streamer descarcarile electrice sunt limitate la momentele initiale prin aplicarea pe o durata foarte scurta a pulsurilor de tensiune inalta. La trecerea unei particule cu sarcina printr-o camera cu streamer, pe electrozii careia s-a aplicat un astfel de puls de tensiune, se produc ionizari ale gazului din camera care determina aparitia unor electroni de ionizare primara (electroni primari). Electronii primari pot genera avalanse. Avalansele se pot transforma in streamer-i atunci cand campul intern al sarcinii spatiale (avalansei) devine comparabil cu campul electric aplicat. Dupa cateva nanosecunde avalansele devin vizibile si actiunea campului electric extern trebuie sa inceteze. De aici vine necesitatea unui puls de tensiune inalta cu o durata foarte scurta.

Trebuie mentionat faptul ca, in general, numarul streamer-ilor formati este mai mic decat numarul electronilor primari. Acest lucru se poate explica simplu luand in considerare faptul ca doi sau mai multi electroni primari pot participa la crearea aceleasi sarcini spatiale (avalanse). O alta explicatie importanta este legata de faptul ca unele avalanse se transforma in streamer-i inaintea altora.

Streamer-ii la a caror formare au participat doi sau mai multi electroni primari se dezvolta mai aproape de traiectoria reala a particulei cu sarcina.

În functie de stralucirea streamer-ilor formati, pentru inregistrarea pe film sau placa holografica a informatiei este necesara sau nu folosirea unor intensificatori de imagine (Fig.I.3).

Elementele principale ale unei camere cu streamer sunt: incinta - cea care contine gazul folosit ca volum sensibil, electrozii - pe care se aplica pulsul de tensiune inalta si de durata foarte scurta, sistemul de asigurare a tensiunii inalte, sistemul de formare a pulsurilor, sistemul de asigurare a gazului, sistemul de purificare a gazului din incinta, sistemul de inregistrare si stocare a informatiei.

Fig.I.3. Intensificator de imagine pentru camera cu streamer. Schema de principiu

Deoarece camera cu streamer poate fi inclusa in aranjamente experimentale complexe ea este prevazuta cu un sistem de declansare pentru evenimente de interes. Deoarece se poate selecta atat tipul de particula sau fascicul incident, cat si tipul de eveniment de interactie, se poate considera ca o camera cu streamer are sistem de declansare primara si sistem de declansare secundara. Un sistem de detectie cu camera cu streamer, cu sistem de declansare, este prezentat in Fig.I.4.

La camera cu streamer incinta este umpluta cu un gaz nobil sau cu o combinatie de gaze nobile. Datorita interactiilor care se produc in volumul sensibil poate apare o degradare a gazului din camera. De aceea, gazul din camera trebuie sa fie inlocuit. Înlocuirea sa se poate face in mod continuu sau in trepte. Pentru acest lucru incinta este in legatura cu sistemul de asigurare a gazului, precum si cu sistemul de purificare a gazului, sistem care asigura valori extrem de mari ale puritatii lui (pana la 99.9%). Presiunea gazului din camera este, pentru majoritatea camerelor cu streamer construite pana in prezent, in jurul presiunii atmosferice. Daca inregistrarea informatiei se face pe placa holografica se prefera presiuni mari ale gazului din incinta camerei cu streamer (pana la 10 atmosfere). În acest caz rezolutia spatiala este mult mai buna (circa 25 mm) [41,42].

Fig.I.4. Sistem de detectie cu camera cu streamer

Pentru a se putea inregistra informatia peretii incintei sunt - in majoritatea cazurilor - transparenti sau semitransparenti. Exista unele camere cu streamer care au doar o fereastra transparenta pentru inregistrarea informatiei prin stereofotografiere.

În functie de numarul de electrozi utilizati incinta poate avea mai multe spatii de lucru. La camera cu streamer nu este necesar ca particulele cu sarcina sa treaca printre electrozi sau prin vecinatatea acestora. De aceea, electrozii unei camere cu streamer pot avea forme si dimensiuni diferite. În general, se utilizeaza electrozi sub forma de fire sau placi. Materialele din care se construiesc electrozii - aluminiu, cupru, otel inox s.a. - determina forma si dimensiunea aleasa pentru un electrod. Împreuna, ele influenteaza alegerea materialului din care sunt construiti peretii incintei si regimul de operare si de stereofotografiere al camerei cu streamer. 

Pe electrozi se aplica tensiunea inalta furnizata de un generator de tip Marx [40]. Pentru a limita descarcarea la etapele de inceput ale formarii avalansei, pe electrozi se aplica tensiuni de ordinul sutelor de kV pentru timpi foarte scurti (10-20 ns). De aceea, tensiunea inalta trebuie sa fie aplicata in pulsuri. O camera cu streamer trebuie sa fie dotata cu un formator de pulsuri care sa asigure atingerea valorii dorite a tensiunii in cateva nanosecunde, iar pe toata durata pulsului volumul sensibil al camerei cu streamer sa aiba aceleasi conditii de camp electric.

Exista mai multe moduri de formare a pulsurilor. Cele mai cunoscute sunt cele bazate pe intervale de descarcare - plasate intre generatorul Marx si camera cu streamer - si cele bazate pe considerarea camerei ca o linie de transmisie si pe existenta conditiilor de terminare completa a pulsului la capatul camerei departat de generator - mai este cunoscut ca si linie "Blumlein".

Performantele camerei cu streamer - precizia localizarii traiectoriei particulei in spatiu, capacitatea de a distinge si de a numara streamer-i individuali - sunt dependente si de modul de inregistrare a imaginii pe film sau placa holografica. Acesta este influentat de pozitia relativa dintre sistemul de inregistrare a imaginii si electrozi. De aceea, se pot considera trei regimuri de operare a camerei cu streamer, anume: (a) regim de streamer-i uniti; (b) regim de streamer-i izolati, in vedere laterala; (c) regim de streamer-i izolati, in vedere de la un capat al camerei - in raport cu directia fasciculului incident. Regimul de streamer-i uniti prezinta avantajul unei luminozitati mai mari, ceea ce usureaza inregistrarea stereoscopica a urmei traiectoriei particulei.

În cazul inregistrarii pe placa holografica a imaginii exista avantajul decuplarii adancimii campului optic de rezolutia spatiala, ceea ce permite marirea rezolutiei spatiale (pana la cativa zeci de micrometri). De asemenea, se inregistreaza un numar mare de interactii intr-o singura imagine si se poate elimina folosirea intensificatorilor de imagine.

Caracteristicile tehnice si performantele determina folosirea camerei cu streamer in numeroase experimente de Fizica particulelor elementare si Fizica nucleara relativista.

Un alt detector care foloseste un gaz ca volum sensibil si procesele de ionizare in gaze pentru determinarea traiectoriei unei particule cu sarcina este camera proportionala multifilara. Ea a fost creata de Georges Charpak in anul 1968 [12,14,15,31,40]. Spre deosebire de ceilalti detectori care permiteau localizarea in spatiu a traiectoriei unei particule cu sarcina folosind mijloace optice (detectori cu semnal neelectric), camera proportionala multifilara permitea obtinerea de informatii folosind semnale electrice.

La inceput s-au intampinat o serie de dificultati constructive legate de faptul ca acest tip de detector era vazut ca o arie de tuburi de contori proportionali. Charpak a reusit sa demonstreze ca o arie de multe fire anodice foarte apropiate spatial in aceeasi camera poate sa actioneze fiecare ca un contor proportional independent.

Datorita dezvoltarii electronicii a devenit posibila realizarea de amplificatori proprii pentru fiecare fir anodic, ceea ce a facut ca acest tip de detector sa fie un detector sensibil la pozitie. Posibilitatea obtinerii de semnale electrice - mult mai rapid prelucrabile - si sensibilitatea la pozitie au determinat folosirea pe scara larga a camerelor proportionale multifilare atat in experimente de Fizica energiilor inalte, cat si in aplicatii ale Fizicii atomice si nucleare in diferite domenii (formare de imagini in experimente cu raze X si g, Astrofizica, Medicina, Cristalografie s.a.).

O camera proportionala multifilara consta dintr-un plan de fire anodice egal departate spatial centrat intre doua plane catodice. Pe cele doua tipuri de plane se aplica un camp electric de cativa kV (de obicei, 3-4 kV). Se creeaza astfel, cu exceptia unei regiuni foarte mici din vecinatatea firelor, linii de camp electric paralele si aproape constante. O particula cu sarcina care trece prin camera ionizeaza gazul din camera. Ionizarea produsa este amplificata printr-o ionizare in avalansa si ionii produsi se indreapta spre electrozi sub influenta campului electric inalt aplicat pe ei.

Pentru a asigura conditiile necesare, distanta dintre firele anodice este de pana la 2 mm - dar nu mai mica de 0.5 mm - iar distanta dintre planul firelor anodice si planul catodic este de 7-8 mm. Diametrele firelor anodice trebuie sa fie foarte mici - intre 10 mm si 50 mm - pentru a asigura campurile electrice inalte care sa produca avalansele. În vecinatatea firelor campul variaza ca si poate atinge valori de 10⁴ - 10⁵ V/cm.

Gazul folosit in mod obisnuit in camera proportionala multifilara este un amestec de argon si metan; ponderea metanului in amestec nu depaseste 10 % . Exista si alte combinatii de gaze folosite pentru camerele proportionale multifilare. Un astfel de gaz, cunoscut si sub numele de "gaz magic" est eformat din argon (75%), isobutan (24.5%) si freon-13B1(0.5%). Proportiile date sunt in volume.

În conditiile optime mentionate mai sus se pot obtine rezolutii spatiale mai mici sau cel mult egale cu 100 mm. Valoarea rezolutiei depinde de distanta dintre fire si valoarea campului electric aplicat.

În modul proportional propriu-zis semnalele de iesire sunt proportionale cu ionizarea primara. De aceea, sunt posibile amplificari ale semnalului de pana la 10⁴. Pentru amplificari mai mari de 10⁵ poate apare un domeniu de neproportionalitate, ceea ce determina formarea de streamer-i saturati si aparitia unor scantei, fenomene specifice camerei cu streamer, camerei cu scantei sau tuburilor cu scanteiere ("flash"), precum si a unor camere proportionale multifilare mai robuste.

În general, la o camera proportionala multifilara timpul de crestere al avalansei este de circa 100 ps. Mobilitatea ionilor din camera determina timpul de descrestere. Acesta este in jur de 20 ns. Timpul de raspuns al camerei este determinat de distanta dintre fire si de timpul necesar electronilor pentru deplasare pe o distanta egala cu jumatate din spatiul dintre fire. De aceea, pentru solutiile constructive uzuale - cu distante intre fire intre 0.5 mm si 2 mm - rezolutia temporala este cuprinsa intre 20 ns si 30 ns.

Folosirea de straturi succesive de camere proportionale multifilare cu fire orientate in directii diferite permite masurarea traiectoriilor particulelor cu sarcina. Straturile succesive de camere proportionale multifilare cu orientari diferite ale firelor formeaza un telescop. Ele pot fi folosite si in campuri magnetice, ceea ce permite determinarea impulsului particulei cu sarcina a carei traiectorie a fost masurata.

Semnalele electrice obtinute, pentru o singura particula cu sarcina, in doua straturi ortogonale determina un punct unic in spatiu. Daca sunt prezente mai multe particule pot sa apara ambiguitati in asocierea semnalelor de la diferite straturi. De aceea, in cele mai multe cazuri, se folosesc module cu plane orientate de lungul axei Ox, respectiv, Oy. Se obtine o camera proportionala multifilara x-y. Utilitatea camerelor proportionale multifilare in determinarea caracteristicilor unor particule cu sarcina detectate este strans legata de calitatea electronicii asociate. Acest lucru este cel mai bine definit de metodele specifice de prelucrare a semnalelor de iesire de la camere proportionale multifilare (metoda centrului de greutate, metoda divizarii sarcinii s.a.) [12,14,15,31,40].

Eficacitatea intrinseca a camerei proportionale multifilare depinde de numarul de perechi electron-ion formate si colectate in camera. Avand in vedere ca acest numar depinde de o multitudine de caracteristici constructive si de parametrii de functionare ai camerei proportionale multifilare - pierderea de energie pe unitatea de parcurs in gazul care umple camera, distanta dintre plane, presiunea gazului, ponderea gazelor electronegative din amestecul de gaze din camera, valoarea tensiunii electrice aplicate, valorile de prag pentru amplitudinile semnalelor stabilite pentru electronica asociata, metoda de prelucrare a semnalelor de iesire (metoda centrului de greutate, metoda divizarii sarcinii s.a. [12,14,15,31,40]) - pentru folosirea unei camere proportionale multifilare la parametrii optimi este necesara cunoasterea exacta, experimentala, a tuturor acestor dependente. În aceste conditii eficacitatea intrinseca a camerei proportionale multifilare poate atinge 98-99 %.

Camera cu deplasare (camera cu "drift") s-a dezvoltat odata cu camera proportionala multifilara. Înca de la inceput s-a observat ca se poate obtine informatie spatiala masurand timpul de deplasare pana la fir, intr-un camp electric uniform, a ionilor sau electronilor proveniti dintr-un eveniment de ionizare. Daca se cunoaste viteza de deplasare, atunci, cunoscand timpul cat dureaza deplasare, se poate determina cu precizie mare coordonata spatiala [12,14,15,31,40]. Este necesar un semnal de start de la un alt detector din sistemul de detectori pentru determinarea timpului. În acest caz, electronica asociata camerei proportionale multifilare este schimbata pentru un numar limitat de canale temporale.

Principiul de operare a unei camere cu deplasare se bazeaza pe existenta unei structuri de fire care sa determine aparitia unui camp electric de deplasare uniform. Se defineste o celula de deplasare printr-un electrod de inalta tensiune la unul din capete, respectiv, prin anodul unui contor proportional simplu, la celalalt capat. Pentru a crea campul electric uniform se folosesc serii de fire catodice de camp, puse la tensiuni corespunzatoare, in regiunea de deplasare. Pentru semnalarea sosirii unei particule cu sarcina se plaseaza un detector cu scintilatie care sa acopere intreaga arie sensibila a camerei cu deplasare. Plasarea detectorului cu scintilatie se poate face inainte sau dupa camera cu deplasare. O particula care traverseaza camera si scintilatorul elibereaza electroni in gaz. Acesti electroni incep sa se deplaseze catre anod. În acelasi timp, scintilatorul da un semnal rapid care porneste un "ceas". Semnalul creat la anod, prin sosirea electronilor pe firul respectiv, va da semnalul de oprire a "ceasului". Se obtine astfel timpul de deplasare. Regiunile de deplasare tipice actuale sunt de 5-10 cm. În aceste conditii tensiunile electrice aplicate nu trebuie sa fie foarte mari. În prezent se obtin viteze de deplasare de pana la 5 cm/ms si timpi de deplasare de 1-2 ms. Acest timp mai este cunoscut ca si memoria camerei. Pentru acoperirea unei suprafete mai mari se pot folosi mai multe celule de deplasare adiacente. Se pot construi astfel camere cu deplasare cu lungimi de cativa metri. Pentru obtinerea mai multor puncte de pe traiectoria unei particule cu sarcina se pot folosi cateva camere cu deplasare cu orientari diferite ale firelor.

Multe din caracteristicile constructive ale camerelor cu deplasare sunt apropiate de cele ale camerelor proportionale multifilare. Spatiile dintre fire sunt ceva mai mari, iar campul electric asociat scade (in mod obisnuit, este de circa 1 kV/cm). Este necesara luare de masuri suplimentare pentru a pastra uniformitatea campului electric in spatiul dintre anozi. Problemele se rezolva, de obicei, prin introducerea de fire suplimentare interanodice.

Alegerea gazului care umple o camera cu deplasare depinde de tipul de experiment in care acest detector este folosit. Daca se doreste operarea la rate de numarare mari se urmareste obtinerea de viteze de deplasare mari pentru a minimiza pierderile datorate timpului mort. În cazul in care se doreste obtinerea unei rezolutii spatiale bune se va considera o viteza de deplasare mai mica, ceea ce va determina minimizarea erorilor in determinarea timpului. Pentru prima situatie este preferat ca gaz tetraflorura de carbon (CF₄) si o hidrocarbura, ca gaz de "stingere". În cel de al doilea caz se pot folosi gaze precum bioxid de carbon (CO₂), sau amestecuri de tip heliu-propan (He-C₂H₆), argon-hidrocarbura s.a.

Rezolutia spatiala a camerei cu deplasare depinde, direct proportional, de coeficientul de difuzie al electronilor si de pozitie si, invers proportional, de mobilitate si de campul electric aplicat. De asemenea, rezolutia spatiala a camerei cu deplasare este determinata de distanta de difuzie. Pentru distante mai mici rezolutia spatiala este mai buna (are valori mai mici). Pentru camere cu deplasare obisnuite aceasta rezolutie spatiala este in jur de 100 mm. Pentru camere realizate in conditii speciale ea poate sa scada la circa 50 mm sau mai putin.

În cazul in care camera cu deplasare este folosita in camp magnetic traiectoriile electronilor care se deplaseaza si vitezele de deplasare vor fi afectate de forta Lorentz. De aceea, este necesara o cunoastere precisa a campului magnetic pentru a corela timpul de deplasare cu pozitia. În anumite situatii se poate realiza o compensare a efectelor campului magnetic prin modificarea corespunzatoare a directiei campului magnetic.

Camerele cu deplasare sunt din ce in ce mai folosite in experimente de Fizica nucleara relativista si de Fizica energiilor inalte.

O camera cu deplasare mult mai complexa este camera cu proiectie temporala. Este considerata ca fiind cel mai sofisticat detector cu ionizare. Camera cu proiectie temporala este un detector care permite determinarea tridimensionala a traiectoriilor particulelor cu sarcina. Alaturi de informatia asupra unor puncte de pe traiectoria unei particule camera cu proiectie temporala ofera informatii asupra pierderii de energie pe unitatea de parcurs pentru particula considerata. De aceea, acest tip de detector este considerat ca o camera cu bule electronica. Ea poate fi folosita cu succes in experimente de Fizica energiilor inalte la sisteme de accelerare de tip "collider".

Camera cu proiectie temporala are forma unui cilindru mare care este umplut cu un gaz si care are un electrod central subtire pe care se aplica tensiunea electrica inalta. Pentru acceleratori de tip "collider" dimensiunile detectorului - atat ca lungime, cat si ca diametru - pot atinge 2 m. La aplicarea tensiunii electrice inalte apare un camp electric uniform orientat de-a lungul generatoarei cilindrului (electrodului central). Simultan cu campul electric este aplicat un camp magnetic paralel. La capetele cilindrului, in plane perpendiculare pe directia de deplasare, sunt plasati detectori bidimensionali, sectoriali, de tipul unei camere proportionale multifilare. De-a lungul directiei de deplasare coordonata este masurata temporal. De aceea, pentru determinarea traiectoriei tridimensionale a unei particule cu sarcina in gaz se determina mai multe semnale de iesire succesive, in pozitii diferite, pe detectorul de la capatul camerei cu proiectie temporala.

Datorita distantei lungi pe care se face deplasarea, difuzia - mai ales cea pe directie laterala - poate sa creeze o serie de probleme. Pentru rezolvarea acestora intervine campul magnetic aplicat simultan si paralel cu campul electric. Acesta are rolul de a confina (strange) electronii la traiectorii elicoidale in jurul directiei de deplasare. În acest fel difuzia poate fi redusa cu un factor de 10. Pentru a realiza acest lucru cele doua campuri trebuie sa fie aliniate foarte precis si uniforme pe intregul volum al camerei (precizie in jur de 10^-4 sau mai buna). Alte probleme care apar in functionarea camerei cu proiectie temporala sunt determinate de acumularea unei sarcini spatiale in volumul de deplasare. Rezolvarea acestei probleme se poate face prin introducerea unei grile legate la pamant, grila plasata inaintea firelor anodice. Ea serveste si la separarea regiunii de deplasare de regiunea descarcarilor in avalansa si permite un control independent asupra fiecareia dintre ele.

Sarcina colectata la capetele camerei cu proiectie temporala este proportionala cu energia pierduta de particula. De aceea, amplitudinile semnalelor provenite de la anod pot fi folosite pentru a determina energia pierduta pe unitatea de parcurs. Deoarece campul magnetic aplicat permite determinarea impulsului particulei, din toate informatiile specificate pana acum se poate face identificarea particulei. Trebuie mentionat aici ca pentru obtinerea unor informatii corecte trebuie sa fie luati in considerare foarte multi factori, cum ar fi: rezolutie foarte buna in determinarea pierderii de energie pe unitatea de parcurs, pierderea de electroni prin atasare la diferiti ioni, variatii in amplificare pentru fire, calibrarea firelor, efecte de saturatie, tipul si presiunea gazului din camera s.m.a.

Deoarece la o camera cu proiectie temporala sunt obtinute foarte multe date pentru fiecare eveniment este importanta selectarea unor dispozitive de citire a semnalului de iesire si de stocare a informatiei corespunzatoare. Printre ele se numara dispozitive cu sarcina (incarcate electric) cuplate (charged-coupled devices = CCD) si convertori analog digitali cu "scanteiere" (flash).

Folosirea camerelor cu proiectie temporala la acceleratori de tip "collider" ofera posibilitatea plasarii centrului detectorului in punctul de interactie si acoperirea unei geometrii apropiate de 4p. Acest lucru justifica folosirea acestui tip de detector in experimentele noi de Fizica nucleara relativista de la sistemul de acceleratori RHIC de la BNL si la sistemul de acceleratori LHC de la CERN.

O categorie de detectori extrem de utila in experimente de Fizica nucleara, Fizica particulelor elementare si Fizica nucleara relativista este cea a detectorilor cu scintilatie. Raspandirea lor este legata de faptul ca foarte multe substante scintileaza (produc lumina) la trecerea unei particule cu sarcina prin ele. Ele sunt folosite ca volume sensibile pentru astfel de detectori.

Astfel de detectori au fost folositi inca de la primele experimente de Fizica nucleara. În anul 1903 Crooks a inventat "spintariscopul". Acest detector consta dintr-un ecran de sulfura de zinc (ZnS) care producea scintilatii atunci cand o particula a cadea pe el. Aceste scintilatii puteau fi urmarite cu un microscop sau cu ochiul liber, intr-o camera intunecata. Acest tip de detector cu scintilatie a fost folosit in experimentele de imprastiere a particulelor a pe nuclee efectuate de Rutherford, Geiger si Marsden [17,18].

Abia dupa 40 de ani, detectorii cu scintilatie au reintrat in atentia experimentatorilor. Dezvoltarile din Fizica si Tehnologie au permis inlocuirea ochiului uman cu un tub fotomultiplicator (1944 - Curran si Baker), ceea ce a marit considerabil eficacitatea detectorului, facandu-l compatibil cu detectorii cu ionizare in gaz, folositi de obicei in experimente de Fizica nucleara. Dupa 1950 detectorii cu scintilatie, cu o electronica asociata mult mai sofisticata, devin sistemele de detectie cele mai folosite. Tuburile fotomultiplicatoare sunt sistemele de formare a semnalului pentru detectorii cu scintilatie.

Substantele scintilatoare pot fi solide sau lichide. Cele solide sunt cristale anorganice (iodura de sodiu, florura de cesiu, gemanat de bismut s.a.), cristale organice (de exemplu, antracen) sau plastice. Se mai folosesc substante scintilatoare sub forma de lichide organice, cum este toluenul.

De obicei, cristalele anorganice sunt dopate cu un activator corespunzator. Activatorul permite ca un astfel de cristal sa poata da o radiatie luminoasa detectabila. Principiul de functionare se bazeaza pe faptul ca atunci cand o particula cu sarcina trece prin cristal produce electroni liberi si goluri care sunt capturati de activator. Se obtine o stare excitata a acestuia care prin dezexcitare produce lumina.

În cazul scintilatorilor organici mecanismul de producere a luminii se bazeaza pe excitarea starilor moleculare si dezexcitarea acestora. Lumina obtinuta este in domeniul ultraviolet. De aceea, in astfel de scintilatori trebuie sa fie introduse substante fluorescente adecvate pentru convertirea in lumina vizibila.

Pentru toate tipurile de detectori cu scintilatie tuburile fotomultiplicatoare permit o multiplicare a numarului initial de electroni de pana la 10⁹ ori. Acest lucru se bazeaza pe fereastra fotosensibila de intrare a tubului (catodul fotomultiplicatorului), sistemul de electrozi din interiorul tubului - cunoscuti sub numele de dinode - si pe electrodul final, numit si anodul fotomultiplictorului. Semnalul final obtinut este prelucrat suplimentar si amplificat de electronica asociata detectorului cu scintilatie.

Folosirea scintilatorilor plastici in experimente de Fizica nucleara, Fizica particulelor elementare si Fizica nucleara relativista are la baza atat caracteristicile acestui tip de volum sensibil, cat si pretul de cost, mult mai scazut decat la scintilatorii cu cristale. Trebuie subliniata rezolutia temporala foarte buna a scintilatorilor plastici, precum si posibilitatea de a fi realizati in forme si de dimensiuni diferite. O astfel de forma - de interes in Fizica energiilor inalte - este cea de matrice de contori subtiri.

În anumite situatii - legate de structura aranjamentului experimental - nu este posibila punerea in contact direct a volumului sensibil cu sistemul de formare a semnalului. În aceste cazuri se pot folosi "conducte de lumina" realizate din lucita sau fibra optica. Acest lucru poate sa determine, de exemplu, functionarea in conditii optime a fotomultiplicatorului (de exemplu, absenta campurilor magnetice puternice poate permite operarea in conditii optime a acestora).

Pentru scintilatori lichizi se pot folosi - in anumite situatii - materiale care sa permita deplasarea lungimilor de unda din diferite domenii de lungimi de unda in domeniul vizibil (de exemplu, un acril dopat cu molecule complexe, cum sunt cele de tetra fenil).

Detectorii cu scintilatie pot fi folositi - datorita proprietatilor lor - la declansarea unor alte tipuri de detectori (de exemplu, camera cu streamer) sau pentru obtinerea semnalelor de "start" si "stop" la sistemele de detectie cu timp de zbor. Ei sunt tot mai mult introdusi in aranjamentele experimentale complexe de Fizica nucleara relativista.

O alta categorie de detectori folosita, initial, cu rezultate deosebite in Fizica nucleara la energii joase si introdusa ulterior, cu succes, in experimente de Fizica energiilor inalte este cea a detectorilor cu semiconductori.

Primele studii privind utilizarea semiconductorilor pentru realizarea unor detectori de radiatii nucleare dateaza din anii '30, dar abia in anii '50 a inceput folosirea lor in experimente de Fizica nucleara. Folosirea detectorilor cu semiconductori a fost legata de o mai mare putere de stopare a volumului sensibil construit din materiale semiconductoare decat cea a gazelor, ceea ce implica o eficacitate de detectie mai mare, si de rezolutia lor energetica deosebita, ceea ce i-a impus in experimente de tip spectroscopic. În ultimele doua decenii ei s-au impus atentiei experimentatorilor pentru rezolutia spatiala, ceea ce i-a impus si in experimente de Fizica energiilor inalte pentru determinarea traiectoriilor particulelor.

Principiul de functionare pentru un detector cu semiconductor se bazeaza pe existenta celor doua tipuri de purtatori de sarcina: electronii si golurile. Pentru crearea volumului sensibil se aplica pe jonctiunea semiconductoare o tensiune inversa de polarizare. Aceasta va determina aparitia unei regiuni saracite in purtatori de sarcina, regiune care devine volum sensibil pentru detectorul respectiv. Comportarea ei poate fi asemanata cu cea a unei camere cu ionizare. La trecerea unei particule cu sarcina se poate detecta un semnal mic, cu o valoare mai mare decat a semnalului de fond datorat curentilor de scapari.

Cel mai utilizat dispozitiv cu semiconductor folosit in experimente de Fizica nucleara relativista este cel cunoscut sub numele de "microstrip"-uri ("microbenzi"). Materialul semiconductor folosit in mod obisnuit pentru realizarea unui astfel de detector este siliciul.

Detectorul cu "microstrip"-uri ("microbenzi") permite obtinerea de rezolutii spatiale foarte bune si de aceea este folosit adesea pentru determinarea vertex-ului de interactie. Într-un astfel de detector se pot realiza electrozi multipli sub forma unor "benzi" foarte fine, de circa 10 mm. Folosind straturi multiple, succesive, de astfel de plane cu electrozi in forma de "benzi" se poate obtine un detector tridimensional. El se poate folosi ca "tinta activa". Daca se constata o crestere a semnalului de la un start la stratul urmator, atunci se poate considera ca a avut loc o dezintegrare a unei particule neutre in particule cu sarcina. De aceea, astfel de detectori sunt foarte utili in detectarea particulelor cu timpi de viata foarte scurti. De exemplu, in experimente de Fizica nucleara relativista sunt foarte utili pentru detectarea producerii de hipernuclee.

Determinarea traiectoriei se bazeaza pe masurarea "centrului de greutate" al semnalelor provenite de la "benzi". Valoarea rezolutiei spatiale obtinute depinde de latimea "benzii", de distanta dintre electrozi ("benzi"), grosimea stratului de siliciu. De exemplu, pentru un cristal de siliciu cu o grosime de 280 mm pe care s-au implantat benzi cu grosimea de 10 mm, separate intre ele printr-un interval de 10 mm, se obtine o rezolutie spatiala de cativa micrometri. Pentru detectori cu "microbenzi" care acopera suprafete mari - peste 10 mm² - este necesara cresterea pasului dintre "benzi", pana la 100 mm. Si in aceasta situatie rezolutia spatiala este foarte buna, anume sub 10 mm.

Alaturi de detectorii cu "microbenzi", in experimente de Fizica energiilor inalte sunt din ce in ce mai des folositi si alti detectori sensibili la pozitie. Gatti si Rehak au propus camera cu deplasare cu siliciu . La detectorii de acest tip se creaza un canal de deplasare de-a lungul planului central al unei plachete de siliciu prin saracirea completa a plachetei la suprafetele plate si la unul din capete. Cu un astfel de detector cu functionare similara unei camere cu deplasare, cu volum sensibil gazos, care nu necesita o electronica prea voluminoasa pentru prelucrarea semnalului, se pot obtine rezolutii spatiale in jur de 5 mm.

De tot mai mare interes se bucura folosirea dispozitivelor cu sarcina (incarcate electric) cuplate (charged-coupled devices = CCD) ca detectori pentru experimente de Fizica energiilor inalte. Un astfel de detector este realizat din siliciu si este format din doua suprafete de "gropi de potential" din staniu, fiecare cu o suprafata de cativa micrometri patrati. Cand o radiatie nucleara cade pe dispozitiv sunt eliberati electroni care sunt captati de catre "gropile de potential". Informatia de sarcina obtinuta este analizata prin deplasarea succesiva a sarcinii de la o "groapa" la alta, pana la ajungerea la electronica asociata prelucrarii semnalului de iesire. De la astfel de detectori se spera obtinerea unor rezolutii spatiale sub 2 mm. Acest lucru este posibil deoarece sunt detectori cu zgomot foarte mic.

În experimentele de Fizica energiilor inalte sunt foarte des folosite - pentru masuratori de energie - dispozitive mari in care particulele isi pierd practic toata energia, prin diferite procese de interactie. Aceste dispozitive se numesc calorimetre deoarece energia pierduta este convertita in caldura. Masurarea energiei depozitate in calorimetru se face pe baza determinarii energiei pierdute in procesele de excitare si ionizare din volumul sensibil (volumele sensibile) al calorimetrului. Un astfel de detector mai este clasificat si ca detector bazat pe metode distructive de detectie, deoarece particulele nu mai pot fi folosite pentru alte studii.

Natura procesului dominant care conduce la pierderea de energie in calorimetru determina caracteristicile de baza ale acestuia. De aceea, se considera doua categorii mari de calorimetre, anume: calorimetre electromagnetice si calorimetre hadronice.

Calorimetrele electromagnetice sunt cele in care predominante sunt interactiile electromagnetice ale electronilor si radiatiilor g - radiatie de franare, producere de perechi, imprastiere Compton. În astfel de cazuri contributiile proceselor nucleare sunt mici. Ca urmare a proceselor de interactie care apar intr-un calorimetru electromagnetic sunt produse generatii secundare de electroni, generatii care pot provoca - la randul lor - aparitia unor fotoni. Se produce astfel o jerba electromagnetica de fotoni, electroni si pozitroni. Particulele dintr-o astfel de jerba se pot multiplica pana la atingerea unui numar maxim de particule. Valoarea acestui numar este legata de energia initiala si de energia medie de ionizare. La atingerea lui nu mai este suficienta energie pentru continuarea procesului de multiplicare. Dupa acest moment jerbele electromagnetice incep sa se dezintegreze. Particulele cu sarcina pierd energie prin ionizare, iar fotonii prin imprastiere Compton. Exista relatii semiempirice pentru descrierea acestor procese [6,8,12,14,15,31-33].

La realizarea unui calorimetru electromagnetic pentru masurarea energiei electronilor si/sau fotonilor trebuie avuta in vedere obtinerea unei rezolutii energetice maxime. În acest fel se poate localiza cat mai precis posibil pozitia electronului sau fotonului. De aceea, trebuie luate in considerare caracteristicile unei jerbe electromagnetice. Sunt avute in vedere - in principal - extinderea longitudinala, imprastierea transversala si rata de pierdere a energiei de-a lungul traiectoriei strabatute in volumul sensibil. La discutarea lor trebuie avuta in vedere energia critica. Aceasta se defineste ca energia electronului pentru care pierderile de energie prin emisie de radiatie devin egale cu pierderile de energie prin ciocnire si ionizare. Ea are valori specifice pentru diferitele materiale din care se realizeaza calorimetrele electromagnetice (de exemplu, la argon este de 30 MeV, iar la plumb este de 7 MeV). În functie de tipul de material se poate stabili grosimea la care se atinge numarul maxim de particule din jerba electromagnetica [6,8,12,14,15,31-33].

Rezolutia energetica a calorimetrului electromagnetic depinde, in primul rand, de fluctuatiile de esantionare ale energiei depozitate in volumul sensibil al acestuia. La determinarea ei trebuie avut in vedere faptul ca un calorimetru este construit, in cele mai multe cazuri, din straturi succesive, alternante, de material absorbant si detectori [12,14,15,31,33].

Calorimetrele hadronice detecteaza particule care interactioneaza tare. De aceea, procesele de degradare a particulelor si de detectare a lor sunt mai complexe decat in cazul calorimetrelor electromagnetice. Ele depind de diferitele reactii nucleare, de excitari si dezintegrari ale particulelor elementare. La calorimetrele electromagnetice marimile de interes - grosime maxima, rezolutie energetica - erau dependente de lungimea de radiatie. Prin analogie, la calorimetrele hadronice marimile de interes depind de lungimea de absorbtie nucleara, definita astfel:

,

unde A este numarul de masa, N_A este numarul lui Avogadro, r este densitatea volumului sensibil, s_int este sectiunea eficace inelastica nucleonica. De aceea, pentru energii peste 2 GeV lungimea de absorbtie nucleara este aproape independenta de energie.

La realizarea unui calorimetru hadronic si la stabilirea caracteristicilor sale trebuie luate in considerare unele aspecte legate de faptul ca sunt particule care nu isi pierd energia in volumul sau sensibil, mai ales unele particule neutre (neutroni lenti, neutrini s.a.) Din aceste motive rezolutia energetica a unui calorimetru hadronic este mai salba decat a unui calorimetru electromagnetic (apar fluctuatii mai mari in dezvoltarea jerbei). În plus, modul de dezintegrare a pionilor neutri contribuie la cresterea variatiilor in energia depozitata in volumul sensibil. În general, circa 95% din energie este depozitata intr-un cilindru de raza l_abs. Principalele materiale din care se construiesc calorimetrele hadronice sunt plumbul si fierul. Ele sunt dispuse in straturi succesive, alternante, de material si detectori. Pot fi folosite in campuri magnetice.

Pentru experimentele de Fizica nucleara relativista care urmaresc reconstructia tridimensionala a traiectoriilor particulelor sunt des utilizati si detectorii Cerenkov.

Indiferent de tipul lor - detectori Cerenkov cu prag, detectori Cerenkov diferentiali, detectori Cerenkov inelari pentru formare de imagini (Ring Image Cerenkov Counter - RICH) - toti se bazeaza pe faptul ca la trecerea unei particule printr-un mediu cu o viteza mai mare decat viteza luminii in mediul respectiv este emisa o radiatie electromagnetica (efectul Cerenkov).

Orice detector Cerenkov foloseste unul sau mai multe tuburi fotomultiplicatoare pentru a detecta lumina Cerenkov si a inregistra trecerea unei particule. Detectorii Cerenkov au proprietatea de discriminare intre particule care au viteze diferite. Daca este posibila masurarea impulsurilor acestor particule, atunci se poate face discriminare si dupa masa particulelor.

Un detector Cerenkov este format dintr-un container umplut cu un material transparent la lumina Cerenkov - material aflat intr-una din cele trei stari de agregare uzuale - cu indice de refractie ales in mod corespunzator.

Daca detectorii Cerenkov cu prag si cei diferentiali sunt folositi, in principal, pentru identificarea unor particule si separarea lor pe intervale unghiulare mici, detectorii Cerenkov inelari pentru formare de imagini pot fi folositi pentru identificarea particulelor emise dintr-o interactie intr-un domeniu unghiular mare. În acest caz este necesara folosirea unui sistem optic care sa focalizeze lumina emisa intr-un con Cerenkov intr-un detector de raza determinata de unghiul la varf al conului, deci de viteza particulei. Este util in spectrometre mari care folosesc campuri magnetice intense pentru identificarea particulelor emise in anumite intervale unghiulare.

Folosirea detectorilor cu radiatie de tranzitie are la baza aparitia unei radiatii electromagnetice atunci cand o particula cu sarcina strabate suprafata de contact dintre doua materiale care au proprietati dielectrice diferite. Detectia s-ar putea baza pe producerea de catre particula a unui camp electric dependent de timp, atunci cand variatia constantei dielectrice este la nivel macroscopic. Se produce o polarizare tranzienta a mediului si curentul de polarizare determina aparitia radiatiei de tranzitie. Detectorii sunt sub forma de straturi din doua materiale diferite, ceea ce permite aparitia radiatiei de tranzitie la toate interfetele. Performantele unui astfel de detector depind de geometria si materialele folosite.

Primii detectori cu radiatie de tranzitie au fost folositi in experimente de raze cosmice pentru identificarea electronilor si a pionilor de energii foarte mari. În prezent a inceput folosirea lor si in experimente la acceleratori.

Cunoscand principiile de functionare ale principalelor tipuri de detectori folositi in experimente de Fizica nucleara relativista se poate intelege mai usor de ce au fost selectati unii dintre ei in diferite aranjamente experimentale complexe.