Ioniseringskalorimeter (fra latin calor - varme og ... meter) i elementær partikelfysik og kernefysik er en enhed, der måler partiklernes energi. De fleste af partiklerne, der kommer ind i kalorimeteret, når de interagerer med dets stof, initierer dannelsen af sekundære partikler, der overfører en del af deres energi til dem. Sekundære partikler danner et brusebad , som absorberes i kalorimeterets volumen, og dets energi måles ved hjælp af halvledere , ioniseringsdetektorer , proportionalkamre , Cherenkov-strålingsdetektorer eller scintillationsdetektorer [1] [2]. Energien kan måles fuldt ud (dette kræver fuldstændig absorption af brusepartiklerne i kalorimeterets følsomme volumen), eller delvist med den efterfølgende omdannelse af den absorberede energi til den samlede energi af den primære partikel. Kalorimetre har som regel tværgående (i forhold til partikelbanen) segmentering for at få information om partikelbevægelsesretningen og den frigivne energi, og langsgående segmentering for at få information om bruserens form og ud fra denne om typen af partikel. Designet af kalorimetre er et aktivt forskningsområde inden for partikelfysik, både i studiet af kosmiske stråler og til studiet af partikler i acceleratorer.
Ioniseringskalorimeteret blev opfundet i 1954 [3] i USSR af N. L. Grigorov , V. S. Murzin og I. D. Rapoport; det var beregnet til at studere kosmiske stråler [1] . Det første operationelle kalorimeter blev skabt i 1957 i Pamirs også til undersøgelse af kosmisk stråling [2] . Ioniseringskalorimetre fra 1950'erne - 1960'erne havde dimensioner af størrelsesordenen adskillige kvadratmeter i tværsnit, en masse på adskillige tiere tons og arbejdede med partikler med energier fra 100 GeV til 10 TeV [3] . Den største af dem blev sat i drift i 1964, den havde en masse på 70 tons og lå på Aragats -bjerget i Armenien [3] . Med begyndelsen af rumalderen begyndte ioniseringskalorimetre til undersøgelse af kosmiske stråler at blive sendt ud i rummet [3] . Efterfølgende begyndte ioniseringskalorimetre at blive brugt ved acceleratorer til at måle energien af sekundære partikler, der opstod under kollisioner af kerner accelereret til nærlyshastigheder [1] .
I henhold til typen af detekterede partikler er ioniseringskalorimetre opdelt i to klasser:
Ved geometri er kalorimetre opdelt i homogene og heterogene (prøveudtagningskalorimetre). Hadron-kalorimetre er næsten altid heterogene, da det er meget vanskeligt at skabe en partikeldetektor ( scintillator , halvlederdetektor osv.) af sådanne dimensioner, at de sikrer den fulde udvikling og absorption af en hadron-bruser i den. En heterogen detektor består af skiftende lag af absorberende og detekterende materialer ( sandwichgeometri ). Det absorberende materiale er tunge grundstoffer ( kobber , bly , uran osv.). Det foretrækkes også at anvende tunge kerner i detektionsmaterialet, som kan være en scintillator (for eksempel blywolframat PbWO4 ) eller en Cherenkov-radiator ( for eksempel blyglas ). Under stoppet af bruserens sekundære partikler opsamles den frigivne energi (i form af lys) fra detekteringslagene, omdannes til en elektrisk impuls (ved hjælp af fotodetektorer, normalt fotomultiplikatorer ) og registreres.
Elektromagnetiske detektorer er generelt homogene. Elektronerne , positronerne og gammastrålerne, der udgør en elektromagnetisk bruser, absorberes godt i detekteringsmaterialerne, og detektoren kan være af rimelig størrelse. Homogene kalorimetre har bedre energiopløsning end prøveudtagningskalorimetre.
Nogle gange bruges elektromagnetiske og hadron kalorimetre arrangeret i serie til at registrere hadron og elektromagnetiske komponenter i et brusebad. Den elektromagnetiske komponent i bruseren absorberes i den første af dem, mens den hadroniske komponent passerer den uden væsentlige tab og absorberes af hadron-kalorimeteret. I dette tilfælde placeres myonkamre bag hadron-kalorimeteret for at detektere myoner , som har en høj gennemtrængende kraft og er svagt absorberet selv i de massive lag af hadron-kalorimeteret.
Kalorimetre bruges i næsten alle moderne acceleratoreksperimenter. Se for eksempel artiklerne Experiment ATLAS , KEDR , SND .