Ionisaatiokalorimetri ( latinasta calor - lämpö ja ... mittari) alkeishiukkasfysiikassa ja ydinfysiikassa on laite, joka mittaa hiukkasten energiaa. Suurin osa kalorimetriin tulevista hiukkasista, kun ne ovat vuorovaikutuksessa sen aineen kanssa, käynnistävät sekundaaristen hiukkasten muodostumisen siirtäen osan energiastaan niille. Toissijaiset hiukkaset muodostavat suihkun , joka absorboituu kalorimetrin tilavuuteen ja sen energiaa mitataan puolijohde- , ionisaatio - ilmaisimilla, suhteellisilla kammioilla , Cherenkov-säteilyilmaisimilla tai tuikeilmaisimilla [1] [2] . Energia voidaan mitata kokonaan (tämä edellyttää suihkuhiukkasten täydellistä absorptiota kalorimetrin herkässä tilavuudessa) tai osittain, jolloin absorboitunut energia muunnetaan primääripartikkelin kokonaisenergiaksi. Kalorimetreissä on pääsääntöisesti poikittaissegmentointi (suhteessa hiukkasrataan) saadakseen tietoa hiukkasten liikkeen suunnasta ja vapautuneesta energiasta sekä pitkittäissegmentointi saadakseen tietoa suihkun muodosta ja tämän perusteella myös tyypistä. hiukkasesta. Kalorimetrien suunnittelu on aktiivinen hiukkasfysiikan tutkimusalue sekä kosmisten säteiden että kiihdyttimien hiukkasten tutkimuksessa.
Ionisaatiokalorimetrin keksivät vuonna 1954 [3] Neuvostoliitossa N. L. Grigorov , V. S. Murzin ja I. D. Rapoport; se oli tarkoitettu kosmisten säteiden tutkimukseen [1] . Ensimmäinen toimiva kalorimetri luotiin vuonna 1957 Pamirsissa myös kosmisen säteilyn tutkimiseen [2] . 1950-1960-luvun ionisaatiokalorimetrit sen mitat olivat poikkileikkaukseltaan useita neliömetriä, massa useita kymmeniä tonneja ja työskentelivät hiukkasilla, joiden energia oli 100 GeV - 10 TeV [3] . Suurin niistä otettiin käyttöön vuonna 1964, sen massa oli 70 tonnia ja se sijaitsi Aragats - vuorella Armeniassa [3] . Avaruusajan alkaessa avaruuteen alettiin laukaista ionisaatiokalorimetrejä kosmisten säteiden tutkimiseen [3] . Myöhemmin ionisaatiokalorimetrejä alettiin käyttää kiihdyttimissä mittaamaan sekundäärihiukkasten energiaa, jotka syntyivät lähellä valonopeuksia kiihtyneiden ytimien törmäyksissä [1] .
Havaittujen hiukkasten tyypin mukaan ionisaatiokalorimetrit jaetaan kahteen luokkaan:
Geometrian mukaan kalorimetrit jaetaan homogeenisiin ja heterogeenisiin (näytteenottokalorimetrit). Hadron-kalorimetrit ovat lähes aina heterogeenisiä, koska on erittäin vaikeaa luoda sellaisen kokoisen hiukkasilmaisin ( tuikeilmaisin , puolijohdedetektori jne.), joka varmistaa hadronisuihkun täydellisen kehittymisen ja absorption. Heterogeeninen ilmaisin koostuu vuorotellen absorboivien ja havaitsevien materiaalien kerroksista ( sandwich - geometria). Imukykyinen materiaali on raskaita alkuaineita ( kupari , lyijy , uraani jne.). On myös edullista käyttää raskaita ytimiä havaitsemismateriaalissa, joka voi olla tuike (esimerkiksi lyijyvolframaatti PbWO 4 ) tai Cherenkov-säteilijä (esimerkiksi lyijylasi ). Suihkun toissijaisten hiukkasten pysähdyksissä vapautunut energia (valon muodossa) kerätään havaitsevista kerroksista, muunnetaan sähköimpulssiksi (valoilmaisimien, yleensä valomonistimien avulla ) ja tallennetaan.
Sähkömagneettiset ilmaisimet ovat yleensä homogeenisia. Sähkömagneettisen suihkun muodostavat elektronit , positronit ja gammasäteet imeytyvät hyvin havaitseviin materiaaleihin, ja ilmaisin voi olla kohtuullisen kokoinen. Homogeenisilla kalorimetreillä on parempi energiaresoluutio kuin näytteenottokalorimetreillä.
Joskus sarjaan järjestettyjä sähkömagneettisia ja hadronikalorimetrejä käytetään tallentamaan suihkun hadron- ja sähkömagneettiset komponentit. Suihkun sähkömagneettinen komponentti imeytyy niistä ensimmäiseen, kun taas hadronikomponentti läpäisee sen ilman merkittäviä häviöitä ja absorboituu hadronin kalorimetriin. Tässä tapauksessa hadronikalorimetrin taakse sijoitetaan myonikammioita havaitsemaan myoneja , joilla on suuri läpäisykyky ja jotka imeytyvät heikosti jopa hadronikalorimetrin massiivisiin kerroksiin.
Kalorimetrejä käytetään lähes kaikissa nykyaikaisissa kiihdytinkokeissa. Katso esimerkiksi artikkelit Experiment ATLAS , KEDR , SND .