切连科夫计数器

切连科夫计数器（ Cerenkov counter ），利用切伦科夫辐射效应探测粒子的装置。带电粒子在均匀介质中运动的速度大于光在该介质中的相速度时，能产生一种以圆锥面为波前向外传播（运动粒子位置为圆锥面顶点）的微弱辐射称切伦科夫辐射。这种辐射的根源是高速运动的带电粒子使介质的原子或分子瞬时极化后，立即退极化而在一定方向产生相干加强的圆锥状电磁辐射。利用它的一系列特性可探测高能带电粒子，确定粒子的方向、强度和速度等，尤其是在鉴别高能粒子方面有特别重要的意义。

切伦科夫计数器主要由辐射体、光收集系统和光探测器组成。利用辐射传播方向与粒子飞行方向的夹角和带电粒子的速度的关系，可制成阈式切伦科夫计数器。典型的聚焦型阈式切伦科夫计数器如图1所示。只有当匀速带电粒子的速度大于阈速度c/n（c为光速，n为介质折射率）时才能发生切伦科夫辐射，且波长主要在可见光区。入射粒子穿过气体介质辐射体所产生的切伦科夫光，可用沿粒子方向轴线上斜置一个与轴线成角度为θc(θc=cos−1(1/n))的球面反射镜测到，如图1中θc=19°。按2θc圆锥角发出的切伦科夫光经球面反射镜反射并会聚到光子探测器（如光电倍增管）的光阴极上，通过测量其输出的电脉冲信号即可探测到高于阈速度的粒子。通过改变气压或选择不同折射率的辐射介质就可改变计数器的阈速度，这样就可测量速度超过不同阈速度的粒子强度和方向。利用它可鉴别强子π/K、K/p等。常用的辐射体介质有氢、氦、二氧化碳、气凝硅胶、水、有机玻璃和铅玻璃等。将上述经过球面镜反射的光聚焦到一个可调的圆环光阑上，并用若干光电倍增管测量通过光阑狭缝的光电信号，就可测定在窄速度范围内的粒子的探测器称为微分式切伦科夫计数器。1977年出现了环形成像切伦科夫计数器RICH，它是为适应探测对撞机对撞后产生的大量末态粒子从对撞中心沿径向四周发射而发展起来的，如图2所示，环形探测器位于对撞区附近。粒子沿径向通过辐射介质产生的切伦科夫光发射到半径较大的球面上，经反射后被位于半径较小的球面上的多个光电探测器所接收。

图1　切伦科夫计数器示意图

图2　环形成像切伦科夫计数器示意图

历史上曾利用切伦科夫计数器等实验装置发现了一些重要的基本粒子，如反质子、反中子以及J/ψ粒子等。至今它在许多大型高能物理和核物理实验中仍起到重要作用。