Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
E = 1 — ехр l—(dE/dx)(p/W)(d — /вд)], (8.22)
где р — плотность газа; W — энергия, затрачиваемая на образование пары ионов в газе. Нетрудно видеть, что это выражение получено из распределения Пуассона и выражает вероятность рождения заряженной частицей хотя бы одного электрона в зоне глубиной d — I Кр. Величина E заметно меньше единицы при й'да /кр и малых давлениях газа. Эффективность можно повысить, увеличив, напри-
281- мер, d, но это приведет к росту времени памяти тш что не всегда приемлемо.
Искровая камера. От управляемого искрового счетчика камера отличается только большими размерами и числом электродов. В большинстве случаев искрова'я камера представляет собой систему плоскопараллельных электродов, помещенную в замкнутый объем, который может наполняться газом до давления, близкого к атмос-
Рис. 8.13. Схема искровой камеры:
1 — электроды камеры; 2— герметичный кожух; 3— управляющие счетчики; 4 — схема совпадений; 5 — источник импульсного питания; 6 — стереофотоаппарат; 7 — траектория заряженной частицы
па электродов заземляется, а на другую подается высоковольтный импульс (10—20 кв) длительностью около IO 7 сек. Подача импульса производится в том случае, если искровую камеру пронизывает частица, летящая в заданном направлении*. Импульс вырабатывается системой, состоящей из управляющих счетчиков, схем совпадений и генератора высоковольтных импульсов. В результате в камере возникают искры вдоль следа частицы, которые и фотографируются в нескольких проекциях. Нарис. 8.13 приведена схема искровой камеры и показаны пробои межэлектродных промежутков, определяющие траекторию частицы. Площадь электродов в больших камерах может достигать десятков квадратных метров. Межэлектродные расстояния могут меняться от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, определяя во многом свойства камеры.
* Возможна и иная схема запуска, выделяющая нужное событие; часто включение камеры есть следствие сложного логического анализа события, проводимого ЭВМ.
282- Мертвое время камеры, конечно, не может быть меньше мертвого времени отдельного разрядного промежутка, которое с помощью специальных мер, в частности подбором смеси газов, наполняющих камеру, можно уменьшить до 100 мксек. На практике мертвое время всей камеры часто ограничивается не скоростью восстановления начальных условий в разрядном промежутке, а скоростью работы вспомогательных устройств: киноаппаратуры, источников импульсного питания. Некоторые типы искровых камер способны зарегистрировать до 1000 событий в 1 сек.
Если поместить камеру в магнитное поле, то изменяется условие образования разряда в ней, так как на движущиеся ионы действует дополнительная сила, приводящая к смещению колонки первичных ионов за счет совместного действия постоянных магнитного и электрического (очищающего) полей. Однако практически характеристики камеры меняются лишь в незначительной степени (растет, например, время памяти), и камеры успешно работают в магнитных полях, что позволяет получать информацию об импульсе и знаке заряда частицы по кривизне ее траектории.
Идеальная камера должна иметь широкое плато на счетной характеристике, время памяти, близкое к времени задержки импульса питания, малое мертвое время. Весьма важно, чтобы в камере была возможна регистрация нескольких треков частиц, прошедших через камеру одновременно. Кроме того, для камер с большими межэлектродными расстояниями важна изотропность, т. е. разряд в ней должен развиваться вдоль трека частицы независимо от угла между направлениями трека и внешнего электрического поля.
Характеристики камеры, время памяти например, в значительной мере зависят от свойств заполняющего камеру газа. Обычно выделяют воздушные камеры, относя к ним также камеры с воздушно-аргоновым наполнением, и камеры с наполнением благородными газами.
Воздушная искровая камера. Специфические свойства такой камер ы определяются тем, что в рабочей смеси газов, заполняющих камеру, есть электроотрицательный газ — кислород. Поэтому любая камера, наполненная смесью с электроотрицательным газом, близка по свойствам к воздушной.
В воздушной искровой камере электроны, образованные заряженной частицей, очень быстро — за времена порядка 10~8 сек — захватываются молекулами кислорода, образуя электроотрицательные ионы. Поскольку T3 всегда значительно больше IO^8 сек, то к моменту появления высоковольтного напряжения на электродах свободных электронов в газе нет. Вдоль следа заряженной частицы существуют лишь тяжелые ионы, медленно дрейфующие от следа. Лавина и стример возникают тогда, когда ускоренный в сильном электрическом поле электроотрицательный ион в результате столкновений с нейтральными молекулами потеряет «лишний» электрон. Чтобы оторвать электрон от молекулы кислорода, необходима энергия около 0,5 эв. Оценим напряженность электрического поля Е,
283- нужную для развития разряда в воздушной искровой камере. Энергия Etp, приобретаемая ионом при движении вдоль поля на длине свободного пробега к, приближенно равна еЕЯ. Для воздуха Ecp = = 10~2 E/р эв, где E берется в в/см, а давление р—в мм рт. ст. Следовательно, для развития лавины в воздушной искровой камере при атмосферном давлении необходимо E да 40 кв/см, что близко к реально существующим в воздушных искровых камерах напря-женностям импульсных электрических полей.
