Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
** Обрыв разряда на стадии развития электронной лавины не позволил бы фотографировать треки, так как слишком мало число фотонов в лавине.
285- Искровые камеры, работающие в режиме незаконченного разряда, обладают очень ценным свойством: у них яркость отдельных искр различна для частиц с разной ионизирующей способностью, т. е. зависит от начальной ионизации. Степень различия зависит от того, на какой стадии прекращен разряд. Чем раньше это произошло, тем больше различие. От начальной ионизации зависит также и число стримеров на единицу длины и даже их длина. Количественная оценка этих зависимостей затруднена тем, что на способность дискриминировать частицы по dEidx влияют еще некоторые параметры (свойства газа, фронт импульса и т. д.).
Стримерные камеры заполняются смесью из благородных газов, обычно на 90% неона и 10% гелия. Особые требования предъявляются к источнику импульсов высокого напряжения. Для обеспечения своевременного прерывания разряда длительность импульса не должна превышать 10~8 сек при амплитуде в несколько сотен тысяч или даже миллион вольт, причем время задержки т3 не должно превышать 10~6 сек.
Основная техническая трудность в создании стримерных камер состоит в формировании импульсов высокого напряжения с требуемыми параметрами. В генераторах импульсов для стримерных камер используются или накопление заряда на емкости и последующий разряд емкости через разрядное устройство непосредственно на пластины камеры или специальный волновод, в котором со скоростью света распространяется импульс от генератора высокого напряжения. Характерные параметры стримерной камеры можно видеть на примере одной из действующих камер в Стэнфордеком центре в США. Ее рабочий объем имеет размеры: длина 2,3 м, ширина 1,5 м и высота 60 см. Импульсный генератор дает импульсы до 1,3-IO6 в, что в два раза превышает необходимое для запуска камеры напряжение. Для импульсов с амплитудой 6- IO5 в пиковый ток составляет около 2,6-IO4 а. Окружавший камеру 400-тонный магнит мощностью j6 Mem создает магнитное поле напряженностью 15-IO3 гс.
На рис. 8.14 приведен снимок редкого события, сделанный с помощью стримерной камеры. Пучок ускорителя направлен сверху вниз. Пути частиц искривлены магнитным полем, силовые линии которого перпендикулярны плоскости снимка. Скопление частиц внизу — интересующее экспериментаторов событие. Четыре длинных кривых трека, идущие сверху вниз, —фон.
Стримерную камеру можно применять для детектирования частиц, летящих не только от мишени вне камеры, но и от мишени, помещенной в саму камеру. Мишень внутри камеры можно выполнить, например, в виде полой трубки малого диаметра, через которую направляется пучок хорошо сколлимированных первичных частиц, например, фотонов. Наполнить такую трубку-мишень можно любым газом: водородом, дейтерием, изотопами гелия. В рабочий объем камеры можно помещать и твердые мишени, но из непроводящих материалов.
286- Характеристики треков частиц в искровых камерах. Искровая камера используется в основном в физике элементарных частиц для регистрации редких событий, отбираемых из большого числа фоновых. Обычная многоэлектродная камера очень удобна для измере-
x + - : ...
+ :
Рис. 8.14 Фотографии редкого события, произошедшего в рабочем объеме стримерной камеры, находящейся в магнитном поле
ния пробега заряженных частиц. Внутрь камеры можно поместить в виде пластин-электродов достаточно вещества, чтобы остановить самые энергичные частицы, при этом отдельные пластины можно-сделать весьма тонкими, чтобы обеспечить хорошее пространственное разрешение, а следовательно, и энергетическое разрешение. Энергию частицы можно определить по длине трека в искровой камере с погрешностью до 1—2%, т. е. с погрешностью, определяемой
287- статистическими флуктуациями в длине пробега. Если камеру поместить в магнитное поле, то появляется возможность определить кривизну траектории частицы, а следовательно, знак заряда и импульс. В описанной выше стримерной камере можно измерять импульс высокоэнергетической частицы (с энергией до 10 Гэв) с погрешностью примерно 2%, а разрешение по массам для многочастичных событий достигает 0,5%. В табл. 8.4 сопоставляются некоторые характеристики искровой камеры и трековых приборов.
Таблица 8.4 Сравнительные характеристики трековых детекторов
Детектор Пространственное разрешение, CM Время чувствительности, сек Управляемость Мертвое время, сек
Ядерная эмульсия IO-4 Велико Нет 0
Камера Вильсона 10-2 ю-2 Есть 30
Пузырьковая камера ю-2 ю-2 Нет 1
Искровая камера 2-Ю-2 (3-5)-10-' Есть IO-2
§ 8.5. РЕГИСТРАЦИЯ СЛЕДОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДАХ
Во многих самых распространенных твердых изоляторах заряженные частицы с большой массой и энергией создают зоны повреждения или треки, которые можно наблюдать с помощью оптических или электронных методов усиления изображения. Характерные размеры трека по атомным масштабам велики: длина (I-MO)IO-6 см, диаметр примерно 10~6 см. Таким образом, трек — это не дефект на атомарном уровне, а микроскопическое образование, размер которого во всех трех измерениях превосходит межатомный. В объеме трека размещается IO8 — IO9 атомных позиций.
