Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Пузырьковые камеры с жидким водородом и дейтерием, имеющие исключительные свойства как мишени, оказываются не очень хорошими детекторами частиц из-за малой плотности наполнителя, когда возникает необходимость в изучении закономерностей распада и продуктов распада нестабильных частиц. Вероятность наблюдения таких распадов тем больше, чем меньше пробеги частиц в камере, т. е. для этого необходимы камеры, наполненные жидкостями с большими плотностями. Малая плотность жидкого водорода и дейтерия и их малый атомный номер не позволяют регистрировать распады нестабильных частиц с большой эффективностью. С этой точки зрения представляют большой интерес такие вещества, как пропан, фреон, иодистый метил, шестифтористый вольфрам, ксенон. Все эти вещества в жидком состоянии имеют гораздо большую плотность, чем жидкий водород. Кроме того, создание пузырьковых камер с жидким водородом и дейтерием представляет собой более сложную задачу, поскольку они работают при низких температурах (около 30° К). Для регистрации и исследования у-квантов, со-
264- провождающих элементарные взаимодействия, представляют особый интерес пузырьковые камеры, наполненные ксеноном или шести фтористым вольфрамом. Основные характеристики жидкостей используемых в пузырьковых камерах, приведены в табл. 8.2.
Таблица 8.2
Характеристики веществ, применяемых для заполнения пузырьковых камер
Вещество граб, °С P00t атм Плотность, в/с«3 X0i O1 Средний пробег 7-кваита с энергией 100 Мэв, см
Водород —246 5 0,058 1150 2470
Дейтерий —240 7,5 0,13 950 —
Пропан + 60 22 0,43 110 220
Ксенон — 20 27 2,3 3,5 6,4
Шестифтористый
вольфрам + 149 30 2,4 3,8 7,0
8.2.2. Устройство пузырьковых камер
Современные пузырьковые камеры представляют собой сложные инженерные сооружения. Основные узлы пузырьковых камер: камера с рабочей жидкостью, механизм изменения давления, система импульсного освещения камеры и фотографирования треков, система, обеспечивающая поддержание в камере постоянной температуры. Пузырьковые камеры обычно помещают между полюсными наконечниками магнитов, создающих поле напряженностью (10— 20) IO3 э. Масса таких магнитов достигает нескольких сот тонн.
Механизмы изменения давления, системы освещения и термо-статирования камер очень разнообразны*. Здесь ограничимся кратким описанием пузырьковой водородной камеры объемом 500 л (рис. 8.6). Жидкий водород заполняет ванну 1 из нержавеющей стал« размерами 183 x35 X 50 см. Ванна сверху закрыта толстым стеклом 2 толщиной около 5 см. Водород охлаждается с помощью теплообменников, расположенных в корпусе камеры, куда поступает водород при температуре около 20° К. Для уменьшения теплообмена используют металлические экраны, находящиеся при низкой температуре. Радиационные экраны представляют собой тонкие металлические полированные листы, имеющие хороший тепловой контакт со змеевиками с жидким азотом или водородом. В рассматриваемой камере радиационный экран 3 имеет температуру жидкого водорода, а экран 4 — температуру жидкого азота. Камера с экранами размещена внутри вакуумного кожуха 5, имеющего комнат-
* Подробно их описание можно найти в книге Ю. А. Александрова и др.
13].
265 ную температуру. Радиационный экран 3 одновременно является и предохранительным кожухом. Он отделяет пространство над стеклом камеры от остального вакуумного пространства и имеет специальный аварийный отвод для водорода на случай нарушения герметичности камеры или нарушения ее теплового режима. В водородных камерах применяются и другие меры предосторожности, поскольку водород образует взрывоопасную смесь с воздухом в весьма широком диапазоне концентраций. Фотоаппараты 6 расположены вне вакуумного кожуха. В вакуумном кожухе и экране 3
имеются окна 7 для освещения камеры и фотографирования. В кожухе камеры имеется специальное окно 8 для ввода в камеру пучка частиц. Изменение давления в камере осуществляется с помощью изменения давления в объеме 9, который специальными пневматическими клапанами^О соединяется с объемами Il и 12, в которых поддерживаются давления 1,5 и 7 атм.
Для приведения камеры в рабочее состояние всю систему вначале откачивают, затем охлаждают с помощью жидкого азота, а затем жидкого водорода. Весь этот процесс занимает около трех суток. Скорость охлаждения вначале лимитируется материалами с плохой теплопроводностью (стекло), а затем мощностью водородного ожижителя.
Описанная камера сравнительно небольшая. Известны пузырьковые камеры-гиганты. К их семейству относится водородная камера «Мирабель», которая работает в Институте высоких энергий в Серпухове. Жидкий водород при температуре 27° К заполняет объем около 10 ООО л (диаметр 1,6 м, длина 4,5 м). Давление в камере за время 50 мсек сбрасывается от 5 до 2 атм (перегрев жидкости) за
Рис. 8.6. Схема пузырьковой водородной камеры
2ri0 счет движения поршня (масса 800 кг) на 6 см. Чтобы поддержать камеру в рабочем состоянии ( одно расширение в 7 сек), необходимо подавать в камеру около 400 л/ч жидкого водорода. Для накопления и поддержания необходимого резерва водорода в системе обеспечения работы камеры имеется водородный дьюар емкостью 10 000 л. В камере создается магнитное поле напряженностью 20 ОООэ. Масса магнита 1000 т. В камере использована новая система освещения, основанная на применении нового материала скочлайт. Особенность скочлайта в том, что падающий на него под любым углом свет отражается под тем же углом обратно с малым конусом рассеяния.
