Спектрометр по времени пролёта

Спектро́метр по вре́мени пролёта, устройство для определения скорости (энергии) частиц, при помощи измерения времени пролёта частицами фиксированного расстояния (базы). Применяется для исследования как заряженных, так и нейтральных частиц (нейтронов, K-мезонов и др.). Детекторы частиц (сцинтилляционные детекторы, искровые счётчики или черенковские счётчики) располагаются на концах пролётной базы и регистрируют временной интервал между импульсами, создаваемыми частицами. В нерелятивистском приближении время пролёта ${\displaystyle t}$ (в нс) связано с энергией ${\displaystyle E}$ (в МэВ) частицы соотношением ${\displaystyle t=72,3L{\sqrt {A/E}}}$, где ${\displaystyle L}$ – пролётная база (в м), ${\displaystyle A}$ – масса частицы, выраженная в атомных единицах массы.

Спектрометр по времени пролёта – основной инструмент изучения энергетических спектров нейтронов. При энергии нейтронов ${\displaystyle E<10\,{\text{МэВ}}}$ энергетическое разрешение ${\displaystyle \Delta E}$ полностью зависит от временно́го разрешения ${\displaystyle \Delta t}$ детекторов, фиксирующих начало и конец движения, и может достигать 1%. При ${\displaystyle E>100\,{\text{МэВ}}}$ разрешение ухудшается и составляет десятки процентов. Времяпролётная база, применяемая при регистрации нейтронов с энергий до нескольких ГэВ, может составлять 200 м, как, например, у нейтронного спектрометра n-TOF (Neutron Time of Flight) в ЦЕРНе (The neutron time-of-flight facility at CERN // n TOF).

Спектрометры по времени пролёта применяют для идентификации заряженных частиц (в том числе для определения их изомерных состояний). Они также позволяют определить массу частицы, если известен её импульс; этим методом с высокой точностью определяют массы атомных ядер; точность измерения массы частицы при низких энергиях может достигать 10^–6 –10^–7 .