Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
253- стенки — освещение. Дно камеры—это диафрагма, при движении которой образуется пересыщенное состояние пара. Дно камеры покрывают черным бархатом (для лучших условий фотографирования), пропитанным водой (или водоспиртовой смесью).
Камеры Вильсона часто помещают в магнитное поле, это позволяет определять больше параметров регистрируемых частиц. След частицы необходимо сфотографировать таким образом, чтобы можно было найти длину пробега отдельной частицы, кривизну ее траектории, углы между траекториями частиц, движущихся в любой
плоскости. Для этого треки фотографируют с двух различных точек.
Рабочий цикл камеры включает в себя расширение, включение освещения, фотографирование треков и сжатие. Расширение камеры производится за время от нескольких сотых до десятых долей секунды в зависимости от конструкции и размеров камеры. После того как произошло расширение, газ в камере постепенно нагревается за счет притока тепла от стенок, пересыщение уменьшается и после некоторого времени, называемого временем чувствительности камеры, конденсация на ионах прекращается. Время чувствительности камеры определяют как время после расширения, в течение которого в камере остается пересыщение, достаточное для конденсации на ионах. Это время имеет большое значение при работе камер с управлением. Оценки времени чувствительности проведены ниже. После фотографирования треков производят уменьшение объема камеры. Паро-газовая смесь в камере после сжатия будет находиться при более высокой температуре, чем в начале рабочего цикла. Повышение температуры, как уже отмечалось выше, требует больших расширений для достижения необходимого пересыщения. Поэтому после сжатия, чтобы установить начальную температуру, необходимо некоторое время. Это время для камер с низкими давлениями и небольшими объемами может составлять порядка 1 сек. Но в камерах с большим объемом и высоким давлением оно может достигать сотен секунд. Так, при давлении в камере около 100 атм после каждого сжатия требуется около 900 сек для отвода тепла, выделившегося при сжатии, после чего камера вновь готова к следующему расширению.
Рис. 8,2. Камера Вильсона:
1 — рабочий объем; 2 — сетка; 3 — подвижная диафрагма; 4 — ограничители хода диафрагмы, 5 — отверстие для изменения давления под диафрагмой; 6 — стеклянные стенки камеры
.254 Чтобы рассчитать время чувствительности камеры, необходимо решить задачу о передаче тепла от стенок камеры к газу. При этом температуру стенок можно считать постоянной, поскольку их теплоемкость и теплопроводность существенно больше, чем газа, наполняющего камеру. Очевидно, что скорость нагрева тем больше, чем больше поверхность камеры и чем меньше ее объем. Увеличение давления приводит к большему времени чувствительности, так как возрастает масса нагревающегося газа. Время чувствительности ts больше, если при расширении создаются большие пересыщения.
Для камер диаметром и высотой около 30 см ts = 0,5 сек, а для камер высотой и диаметром 16 CMts = 0,05 сек. Время чувствительности можно увеличить, если после расширения компенсировать, нагрев паро-газовой смеси медленным увеличением объема. Большое время чувствительности камер позволяет использовать их в режиме работы с управлением, т. е. в таком режиме, когда расширение происходит всякий раз при прохождении через камеру ионизирующей частицы. Управление производят, например, с помощью-газоразрядных счетчиков, расположенных над и под камерой. Если заряженная частица проходит через оба счетчика и, следовательно, через рабочий объем камеры, то импульсы со счетчиков включают механизм, производяющий расширение камеры. Управление выгодно применять в случае регистрации редких событий и используется, например, при регистрации космического излучения*.
Качество снимков зависит от многих обстоятельств. Рассмотрим некоторые из них. Прежде всего, чтобы получить качественные снимки, необходимо интенсивное освещение, тогда можно применять малые апертуры и иметь большую глубину резкости. Большая освещенность будет при расположении оптической оси фотокамеры под небольшим углом к направлению освещения. Для освещения используются лампы мощностью 100—IOOOem. Совершенно ясно, что освещение должно быть импульсным, поскольку длительное освещение такими мощными источниками света будет приводить к уменьшению времени чувствительности камеры и дополнительным трудностям, связанным с поддержкой заданной температуры стенок.
Поперечные размеры треков (их резкость) зависят от времени,, которое проходит от момента пролета заряженной частицы до момента наступления необходимого пересыщения и момента фотографирования. Дело в том, что образовавшиеся ионы диффундируют. Скорость «расползания» следа зависит от коэффициента диффузии. Обычно шириной следа считают область, в которой содержится 90% изображений ионов. Если время, прошедшее от момента образования ионов до момента создания необходимого пересыщения, т,
* Следует отметить, что при работе камер с управлением большое время чувствительности не всегда желательно. Например, если исследуемое излучение возникает в короткие временные интервалы (ускорители частиц), то-самый выгодный режим будет таким, когда время чувствительности камеры порядка этого временного интервала.
