Az ionizációs kaloriméter ( latin calor - hő és ... méter) az elemi részecskefizikában és a magfizikában egy olyan eszköz, amely a részecskék energiáját méri. A kaloriméterbe kerülő részecskék többsége, amikor kölcsönhatásba lép az anyagával, másodlagos részecskék képződését indítja el, energiájuk egy részét átadva nekik. A másodlagos részecskék zuhanyt képeznek , amely elnyelődik a kaloriméter térfogatában, és energiáját félvezetővel , ionizációs detektorokkal, arányos kamrákkal , Cserenkov sugárzásdetektorokkal vagy szcintillációs detektorokkal mérik [1] [2] . Az energia mérhető teljes egészében (ehhez a zuhany részecskéinek teljes elnyelése szükséges a kaloriméter érzékeny térfogatában), vagy részben, az elnyelt energiát ezt követően a primer részecske összenergiájává alakítva. A kaloriméterek általában keresztirányú (a részecskepályához viszonyított) szegmentációval rendelkeznek, hogy információt szerezzenek a részecskék mozgásának irányáról és a felszabaduló energiáról, valamint longitudinális szegmentációval a zuhany alakjáról, és ennek alapján a típusról. részecske. A kaloriméterek tervezése a részecskefizika aktív kutatási területe, mind a kozmikus sugarak , mind a részecskék gyorsítókban történő tanulmányozása terén.
Az ionizációs kalorimétert 1954-ben [3] a Szovjetunióban találta fel N. L. Grigorov , V. S. Murzin és I. D. Rapoport; a kozmikus sugarak tanulmányozására szánták [1] . Az első működő kalorimétert 1957-ben hozták létre a Pamírban , szintén a kozmikus sugárzás tanulmányozására [2] . Az 1950-1960-as évek ionizációs kaloriméterei több négyzetméter nagyságrendű keresztmetszetű, több tíz tonna tömegű volt, és 100 GeV és 10 TeV közötti energiájú részecskékkel dolgoztak [3] . Közülük a legnagyobbat 1964-ben helyezték üzembe, tömege 70 tonna volt, és az örményországi Aragats -hegyen volt [3] . Az űrkorszak kezdetével a kozmikus sugarak tanulmányozására szolgáló ionizációs kalorimétereket kezdték kibocsátani az űrbe [3] . Ezt követően ionizációs kalorimétereket kezdenek használni a gyorsítókban a fényhez közeli sebességre felgyorsult atommagok ütközésekor keletkező másodlagos részecskék energiájának mérésére [1] .
Az észlelt részecskék típusa szerint az ionizációs kaloriméterek két osztályba sorolhatók:
Geometria szerint a kalorimétereket homogénre és heterogénre (mintavevő kaloriméterekre) osztják. A hadronkaloriméterek szinte mindig heterogének, mivel nagyon nehéz olyan méretű részecskedetektort ( szcintillátor , félvezető detektor stb.) létrehozni, amely biztosítja benne a hadronzápor teljes kifejlődését és elnyelését. A heterogén detektor abszorbeáló és detektáló anyagok váltakozó rétegeiből áll ( szendvics geometria). Az elnyelő anyag nehéz elemek ( réz , ólom , urán stb.). Előnyös továbbá nehéz atommagok alkalmazása a detektáló anyagban, amely lehet szcintillátor (például ólom-volframát PbWO 4 ) vagy Cserenkov-sugárzó (például ólomüveg ). A zuhany másodlagos részecskéinek leállítása során a felszabaduló energiát (fény formájában) a detektorrétegekből összegyűjtik, elektromos impulzussá alakítják (fotodetektorok, általában fotosokszorozók segítségével ) és rögzítik.
Az elektromágneses detektorok általában homogének. Az elektromágneses zuhanyt alkotó elektronok , pozitronok és gamma-sugarak jól elnyelődnek a detektáló anyagokban, és a detektor megfelelő méretű lehet. A homogén kaloriméterek jobb energiafelbontásúak , mint a mintavevő kaloriméterek.
Néha sorba rendezett elektromágneses és hadron kalorimétereket használnak a zuhany hadron és elektromágneses összetevőinek rögzítésére. Az elsőben a zuhany elektromágneses komponense nyelődik el, míg a hadron komponens jelentős veszteség nélkül halad át rajta, és a hadron kaloriméter elnyeli. Ebben az esetben müonkamrákat helyeznek el a hadron kaloriméter mögé a müonok kimutatására , amelyek nagy áthatolóképességgel rendelkeznek, és gyengén abszorbeálódnak még a hadron kaloriméter masszív rétegeiben is.
A kalorimétereket szinte minden modern gyorsítókísérletben használják. Lásd például az Experiment ATLAS , KEDR , SND cikkeket .