Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
Положение искр регистрируется либо оптически, либо с помощью магнитострикционного считывания. В последнем случае
106 3 Измерение координаты
электроды делают проволочными и разрядный ток течет через те несколько проволочек, где возникает искра. Магнитострикционная проволочка из Со—Ni—Fe-сплава располагается вдоль рамы камеры перпендикулярно электродным проволочкам. Разрядный ток, текущий через электродные проволочки, расположенные в месте образования искры, вызывает механическое сжатие магнитострикци-онной проволочки. Эта волна сжатия распространяется вдоль проволочки со скоростью -5 км/с На конце магнитострикционной проволочки располагается катушка, с помощью которой регистрируется прибытие волны по возникающему импульсу напряжения, что позволяет измерять время прохождения волны от возбужденной проволочки до катушки. Положение искры может быть локализовано с точностью примерно 200 мкм. Мертвое время камеры, т. е. время до полного удаления заряда, образовавшегося в плазме искры, составляет несколько миллисекунд и зависит от напряженности очищающего поля.
3.11. Ядерные фотоэмульсии
Ядерные фотоэмульсии часто использовались в качестве трекового детектора в ранних исследованиях по физике космических лучей. Если заряженные частицы проходят через пластины эмульсии, то при их проявлении появляются треки [144, 206]. Ядерная фотоэмульсия состоит из мелких (0,25 мкм) кристаллов бромида серебра, взвешенных в слое желатина. Так же, как и видимый свет, ионизующая частица вызывает химическое изменение в зернах бромида серебра, расположенных вдоль трека частицы («скрытое изображение»). При проявлении эмульсии ионы серебра в кристаллике соли в этих местах восстанавливаются до атомов серебра. Цепочка образовавшихся серебряных зерен и формирует трек.
Один слой эмульсии имеет толщину от 25 до 200 мкм. Для использования в экспериментах несколько сотен таких слоев складывают в один пакет («стопку»). Плотность эмульсии составляет 3,8 г/см3.
Пространственные координаты треков в эмульсии определяются в результате просмотра прозрачного проявленного слоя и обмера треков под микроскопом. Только в редких случаях трек укладывается в одном слое эмульсии; как правило, трек проходит через несколько слоев эмульсии, расположенных друг за другом в процессе экспозиции. Это требует определения положения слоев относительно друг друга с помощью соответствующих опорных меток. В результате может ? быть достигнуто пространственное разрешение 1 мкм.
З 12 Кремниевые координатные детекторы и ПЗС
107
В последнее время значение эмульсионного метода вновь возросло, так как время жизни многих «новых» частиц с квантовыми числами «очарование» или «прелесть» лежит в области от 10"13 до 10" 12 с. Для увеличения скорости просмотра эмульсионных слоев проводятся гибридные эксперименты, где при измерении малых времен жизни эмульсия служит и мишенью, и вершинным дегекто-ром, а вслед за эмульсией располагается электронный детектор, который дает трековую информацию о нужном событии. Эта информация используется затем для нахождения примерного местоположения исследуемого события, что позволяет быстрее завершить визуальную обработку эмульсии. Вершинная информация затем объединяется с информацией (об импульсах или энергиях частиц) от электронного детектора, и в результате получается полная информация о событии.
В дополнение к пространственной информации о треках частиц с помощью ядерных фотоэмульсий можно получить следующие характеристики: пробег частиц до остановки в эм>льсии, количество б-электронов (пь)У плостность зерен вдоль трека g и многократное рассеяние в эмульсии. Эти величины могут использоваться для определения энергии, заряда и массы частиц. Для этого используются эмпирические данные по соотношению пробег — энергия и учитывается уменьшение удельных потерь энергии в зависимости от скорости нерелятивистских частиц (v), как v~2. Полная идентификация частиц не всегда возможна, поскольку часто имеющаяся в эмульсии длина трека недостаточна для точных измерений.
3.12. Кремниевые координатные детекторы и ПЗС
Полупроводниковый детектор с хорошим пространственным разрешением впервые был использован в рамках коллаборации CERN —Мюнхен [139] для эксперимента по изучению короткоживу-щих очарованных частиц, образующихся в адронных столкновениях. На рис. 3.34 показан разрез этого детектора. Он изготовлен из кремниевого монокристалла /z-типа с удельным сопротивлением 2 кОм-см, диаметром 50 мм и толщиной 280 мкм. На одну сторону кристалла напылен алюминий, а на другой стороне поверхность с размерами 24 х 26 мм покрыта имплантированными бором стри-пами (в результате чего формируется кремний /?-типа). Эти стрипы образуют диоды с р—я-переходом, если, как обсуждалось ранее в разд. 2.5, к стрипам приложено обратное смещение (в данном случае -160 В). Релятивистская заряженная частица при пересечении
108 3. Измерение координаты
Рис. 3.34. Поперечное сечение кремниевого позиционно-чувствительного детектора с емкостным делением заряда [139]. 2— напряжение; 2 — считывающая электроника; 3 — алюминий толщиной 1 мкм; 4 — слой SiCb толщиной 0,2 мкм; 5 — р + -слой (имплантированный бор); 6 — Si-кристалл (л-типа); 7—п + -слой (имплантированный мышьяк).
