Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
25- а коэффициент диффузии/), то ширина следа л: яа b~\/Dx. Если D « » 0,03 (воздух при нормальном давлении), то для х гк 1 мм г » 0,01 сек.
Время г определяется временем движения поршня камеры. Поэтому т будет тем меньше, чем меньше масса поршня, меньше необходимое расширение камеры и больше сила, приложенная к поршню. Чтобы получить хорошие снимки, полезно увеличить давление в камере, поскольку при этом уменьшается коэффициент диффузии и растет плотность ионизации. После того как в камере достигнуто необходимое пересыщение, диффузией заряженных капель можно пренебречь. Однако задержка момента фотографирования относительно момента расширения нежелательна, так как капли, достигшие размеров порядка 10~эсм, приобретают уже скорости падения около 1 см/сек в гравитационном поле Земли. Практически установлено, что сфотографировать трек без заметных искажений через 0,3 сек после расширения не удается.
Снимки треков могут быть искажены также оптической системой фотокамер, из-за преломления света при прохождении через стеклянную крышку камеры, турбулентного движения газа в камере после расширения. Искажения, вносимые оптической системой и преломлением света при использовании специальных объективов, в значительной степени компенсируют друг друга. Кроме того, на эти искажения можно вносить соответствующие поправки. Размытие треков из-за движения газа в камере после расширения сводят к минимуму с помощью специальных устройств. Так, турбулентное движение газа оказывается значительно меньше, когда перед диафрагмой камеры (поршнем) помещают сетку или перфорированную пластинку, покрытую бархатом.
Плотность капель вдоль треков заряженных частиц в камерах Вильсона оказывается пропорциональной плотности ионизации. Плотность треков определяют по числу сгустков капель вдоль трека. Такие сгустки образуют электроны с энергиями порядка нескольких сот электронвольт, появляющиеся в результате ионизации. Для измерения плотности ионизации необходимо выбирать резкие нерасплывшиеся треки, которые можно получить при правильном выборе момента расширения.
Кривизну трека в магнитном поле с помощью камеры Вильсона при длине трека 10 — 20 см можно определить с погрешностью 0,01 —0,02 см. Это позволяет в поле напряженностью ЮОООгс на длине трека 20 см определить радиус кривизны с погрешностью около 5% для частиц с импульсом порядка 3 • Ю-8 Мэв • сек/см.
8.1.3. Камеры непрерывного действия (диффузионные камеры)
В некоторых случаях при исследованиях постоянного во времени поля излучений и невозможности управления камерами (исследование продуктов (у, р)-, (п, р)-реакций и т. д.) желательно иметь
256- время чувствительности камер как можно больше. Поэтому представляют интерес камеры непрерывного действия (диффузионные камеры).
Принцип работы диффузионной камеры тот же, что и камеры Вильсона. Но область пересыщенного пара образуется за счет диффузии пара через газ, в котором создан большой температурный градиент. Схема одного из вариантов диффузионной камеры низкого (нормального) давления дана на рис. 8.3. В верхней части камеры находится желоб с испаряющейся жидкостью (например, спирт). Желоб имеет подогреватель. Верхняя и боковые стенки камеры стеклянные. Основание камеры — массивная медная пластина, которая поддерживается при температуре около 70 — 40° С. Такое устройство создает вертикальный температурный градиент в газе. Насыщенные пары спирта диффундируют вниз, в область низких температур, и постепенно, по мере падения, они становятся все более пересыщенными. Следовательно, в некоторой области они имеют достаточное пересыщение для образования капель на ионах, а затем будет область, где происходит конденсация пара. Глубина чувствительного слоя может достигать почти 10 см.
Поскольку диффузионная камера имеет непрерывную чувствительность, то она не может работать при большом уровне мощности излучения. Ионизация в этом случае уменьшает количество пара, находящегося в пересыщенном состоянии, и это может привести к тому, что не будут образовываться треки. Если камеры регистрируют частицы от импульсных источников излучения, то после каждой регистрации большого числа частиц необходимо время для диффузии пара в чувствительный объем. Это время составляет порядка нескольких секунд. По этим же причинам диффузионную камеру нельзя использовать в случаях большого постоянного фона ионизирующего излучения.
§ 8.2. ПУЗЫРЬКОВЫЕ КАМЕРЫ 8.2.1. Физические основы работы камеры
Перегрев жидкости. Если температура жидкости выше температуры кипения при данном давлении и жидкость не вскипает, т. е. не происходит расслоение жидкости на две фазы: жидкую и газообразную, то такую жидкость называют перегретой. Такое состояние не является стабильным и обусловлено тем, что для начала ки-
Рис. 8,3. Схема диффузионной камеры:
1 — желоб с испаряющейся жидкостью; 2 — стеклянные стенки камеры; 3 — массивная медная плита; 4 — холодильник
9 Зак. 1079
257 пения необходимо образование центров кипения (пузырьков пара). Перегретое состояние жидкости можно получить следующим образом. Пусть жидкость нагрета до температуры Граб и поддерживается в жидком состоянии (без кипения) давлением р„ > P00 (Pco—давление насыщенных паров жидкости при температуре Граб). Если резко сбросить давление с рв до рн, то жидкость окажется перегретой. Это состояние характеризуют перегревом Я5, равным разности температуры начальной Tpaб и температуры насыщенных
