Joniseringskalorimeter (av latin kalori - värme och ... meter) i elementär partikelfysik och kärnfysik är en anordning som mäter partiklars energi. De flesta av partiklarna som kommer in i kalorimetern, när de interagerar med dess substans, initierar bildandet av sekundära partiklar och överför en del av deras energi till dem. Sekundära partiklar bildar en dusch , som absorberas i kalorimeterns volym och dess energi mäts med hjälp av halvledare , joniseringsdetektorer , proportionella kammare , Cherenkov-strålningsdetektorer eller scintillationsdetektorer [1] [2] . Energin kan mätas i sin helhet (detta kräver fullständig absorption av duschpartiklarna i den känsliga volymen av kalorimetern), eller delvis, med efterföljande omvandling av den absorberade energin till den totala energin av primärpartikeln. Som regel har kalorimetrar tvärgående (relativt partikelbanan) segmentering för att få information om partikelrörelsens riktning och den frigjorda energin, och longitudinell segmentering för att få information om duschens form och, utifrån detta, om typen av partikel. Utformningen av kalorimetrar är ett aktivt forskningsområde inom partikelfysik, både i studiet av kosmiska strålar och för studiet av partiklar i acceleratorer.
Joniseringskalorimetern uppfanns 1954 [3] i Sovjetunionen av N. L. Grigorov , V. S. Murzin och I. D. Rapoport; den var avsedd för studier av kosmiska strålar [1] . Den första operativa kalorimetern skapades 1957 i Pamirs också för studier av kosmisk strålning [2] . Joniseringskalorimetrar från 1950-1960-talet hade dimensioner i storleksordningen flera kvadratmeter i tvärsnitt, en massa på flera tiotals ton och arbetade med partiklar med energier från 100 GeV till 10 TeV [3] . Den största av dem togs i drift 1964, den hade en massa på 70 ton och låg på berget Aragats i Armenien [3] . Med början av rymdåldern började joniseringskalorimetrar för studier av kosmiska strålar att skjutas upp i rymden [3] . Därefter började joniseringskalorimetrar användas vid acceleratorer för att mäta energin hos sekundära partiklar som uppstod under kollisioner av kärnor accelererade till nästan ljushastigheter [1] .
Beroende på typen av detekterade partiklar är joniseringskalorimetrar indelade i två klasser:
Genom geometri delas kalorimetrar in i homogena och heterogena (provtagningskalorimetrar). Hadron-kalorimetrar är nästan alltid heterogena, eftersom det är mycket svårt att skapa en partikeldetektor ( scintillator , halvledardetektor , etc.) med sådana dimensioner som säkerställer full utveckling och absorption av en hadron-dusch i den. En heterogen detektor består av alternerande lager av absorberande och detekterande material ( sandwichgeometri ). Det absorberande materialet är tunga grundämnen ( koppar , bly , uran , etc.). Det är också att föredra att använda tunga kärnor i detektionsmaterialet, som kan vara en scintillator (till exempel blyvolframat PbWO 4 ) eller en Cherenkov-radiator (till exempel blyglas ). Under stopp av duschens sekundära partiklar samlas den energi som frigörs (i form av ljus) från detekteringsskikten, omvandlas till en elektrisk impuls (med hjälp av fotodetektorer, vanligtvis fotomultiplikatorer ) och registreras.
Elektromagnetiska detektorer är i allmänhet homogena. Elektroner , positroner och gammastrålar som utgör en elektromagnetisk dusch absorberas väl i detekteringsmaterialen och detektorn kan vara av rimlig storlek. Homogena kalorimetrar har bättre energiupplösning än provtagningskalorimetrar.
Ibland används elektromagnetiska och hadronkalorimetrar arrangerade i serie för att registrera hadron och elektromagnetiska komponenter i en dusch. Den elektromagnetiska komponenten i duschen absorberas i den första av dem, medan den hadroniska komponenten passerar den utan betydande förluster och absorberas av hadronkalorimetern. I det här fallet placeras myonkammare bakom hadronkalorimetern för att detektera myoner , som har en hög penetrerande kraft och absorberas svagt även i de massiva lagren av hadronkalorimetern.
Kalorimetrar används i nästan alla moderna acceleratorexperiment. Se till exempel artiklarna Experiment ATLAS , KEDR , SND .