Qu’est-ce que le détecteur Tcherenkov – Définition

Un détecteur Tcherenkov est un détecteur de particules, qui est basé sur la détection du rayonnement Tcherenkov (lumière visible ou photons UV). Les compteurs Tcherenkov sont principalement utilisés pour l’identification des particules. Dosimétrie des rayonnements

Un détecteur Tcherenkov est un détecteur de particules, qui est basé sur la détection du rayonnement Tcherenkov (lumière visible ou photons UV). Contrairement à un compteur à scintillation, la production de lumière est instantanée. Les détecteurs à scintillateur typiques ont un temps de décroissance mesuré en microsecondes tandis que le rayonnement de Tcherenkov est presque instantané et avec un équipement de traitement d’impulsion rapide peut être mesuré en picosecondes. Les compteurs Tcherenkov sont principalement utilisés pour l’ identification des particules , c’est-à-dire pour la détermination des masses de particules. Les compteurs Tcherenkov contiennent deux éléments principaux:

Le rayonnement Tcherenkov, qui est produit dans le radiateur, est un rayonnement électromagnétique émis lorsqu’une particule chargée (comme un électron) se déplace à travers un milieu diélectrique plus rapidement que la vitesse de phase de la lumière dans ce milieu . Les particules dépassant la vitesse de phase de la lumière entraînent une polarisation le long de l’axe de mouvement créant un champ dipolaire. Lorsque ce champ s’effondre, une impulsion électromagnétique (rayonnement Tcherenkov) est émise vers l’avant. Elle est similaire à la vague d’étrave produite par un bateau voyageant plus vite que la vitesse des vagues d’eau. Le rayonnement Tcherenkov ne se produit que si la vitesse des particules est supérieure à la vitesse de phase de la lumière dans le matériau. Même à haute énergie, l’ énergie perdue par Tcherenkov, le rayonnement est bien inférieur à celui des autres mécanismes (collisions, bremsstrahlung). Il est nommé d’après le physicien soviétique Pavel Alekseyevich Cherenkov , qui a partagé le prix Nobel de physique en 1958 avec Ilya Frank et Igor Tamm pour la découverte du rayonnement Tcherenkov, faite en 1934.

rayonnement cherenkov
Source: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

Le rayonnement de Tcherenkov est généralement produit dans les matériaux diélectriques par le biais d’électrons Compton ou d’électrons et de positons à production par paire. L’intensité de la lumière produite par ce processus est bien inférieure à celle de la luminescence (la base du fonctionnement du détecteur à scintillation) nécessitant un équipement de détection optique de photons plus sensible tel que des tubes photo-multiplicateurs à faible luminosité (PMT). Les compteurs de Tcherenkov peuvent être classés en types d’ imagerie ou de seuil , selon qu’ils utilisent ou non les informations d’angle de Tcherenkov (θ). Dans le cas simple d’un détecteur de seuill’énergie seuil dépendant de la masse permet la discrimination entre une particule plus légère (qui rayonne) et une particule plus lourde (qui ne rayonne pas) de la même énergie ou impulsion. Des compteurs d’imagerie peuvent être utilisés pour suivre les particules et les identifier. Bien que les dispositifs utilisant le rayonnement Tcherenkov soient souvent considérés comme des détecteurs d’identification de particules (PID), en pratique, ils sont largement utilisés dans une gamme d’applications beaucoup plus large; comprenant:

  • compteurs de particules rapides
  • identification des particules hadroniques
  • détecteurs de poursuite effectuant une reconstruction complète de l’événement.

Types de détecteurs Tcherenkov – Exemples

  • RICHES. Les détecteurs Tcherenkov d’imagerie en anneau multipistes pratiques (appelés génériquement compteurs RICH) sont un développement plus récent. Dans un détecteur RICH, un cône de lumière Cherenkov est produit lorsqu’une particule chargée à grande vitesse traverse un milieu approprié, souvent appelé radiateur. Ce cône lumineux est détecté sur un détecteur de photons planaires sensible à la position, ce qui permet de reconstruire un anneau ou un disque dont le rayon est une mesure de l’angle d’émission de Cherenkov. Par exemple, l’expérience LHCb sur le grand collisionneur de hadrons utilise deux détecteurs RICH pour différencier les pions des kaons.
  • Super-Kamiokande. Super-Kamiokande est un observatoire souterrain des neutrinos, qui utilise de grands compteurs d’eau Tcherenkov pour détecter les neutrinos de haute énergie pour rechercher la désintégration des protons, étudier les neutrinos solaires et atmosphériques et surveiller les supernovae dans la galaxie de la voie lactée. Il se compose d’un réservoir cylindrique en acier inoxydable d’environ 40 m (131 pi) de hauteur et de diamètre contenant 50 000 tonnes d’eau ultrapure. Sur une superstructure intérieure sont montés environ 13 000 tubes photomultiplicateurs qui détectent la lumière du rayonnement Cherenkov.

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