Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Воздушная искровая камера «помнит» о треке заряженной частицы до тех пор, пока отрицательные ионы не уйдут так далеко от места их рождения, что будут в дальнейшем неспособны инициировать лавину и стример. Так как скорости дрейфа отрицательных ионов малы, то время памяти в камерах с ионным механизмом памяти велико и достигает сотен микросекунд. Чем с большей задержкой подан на электроды камеры импульс высокого напряжения, тем менее точно из-за смещения зарядов под действием электрического поля локализован разряд вдоль трека частиц. В воздушной искровой камере точность локализации искр определяется не медленным дрейфом отрицательных ионов, а быстрым дрейфом электронов до их захвата кислородом. Среднеквадратическое смещение электрона приближенно равно V2D (t), гдеО — коэффициент диффузии; <t) — среднее время жизни до прилипания. При D да IO3 см2/сек и </> да да 10~8 сек среднеквадратическое смещение порядка IO-2 см.
Необходимо учитывать, что в воздушной многоэлектродной камере пробой развивается по направлению внешнего электрического поля и трек частицы восстанавливается по точкам возникновения искры в каждом межэлектродном промежутке. Положение этих точек и смещается при дрейфе электронов.
Одним из недостатков воздушной искровой камеры является малая эффективность регистрации двух или более частиц, прошедших через один и тот же разрядный промежуток одновременно. Уменьшение эффективности регистрации связано с ионным механизмом памяти. При одновременном образовании ионов в разных точках разрядного промежутка стримеры возникают в разное время из-за значительных флуктуаций времени отрыва электронов от атома кислорода. В результате первый пробой резко уменьшает напряжение на электродах и вероятность последующих пробоев становится существенно меньше. В одной из действующих камер вероятность возникновения двух искр в одном промежутке уменьшилась до 0,8 (при одном треке она близка к единице), а в трех —до 0,65. Второй существенный недостаток воздушных искровых камер — плохая разрешающая способность по времени, которая также определяется ионным механизмом памяти.
Искровые камеры с наполнением инертными газами. Самый распространенный тип таких камер — камеры с малыми межэлектродными расстояниями. Стример в них возникает в месте прохождения частицы и распространяется вдоль направления электрического поля. Механизм памяти в таких камерах электронный, т. е. возник-
284- новение разряда возможно до тех пор, пока электроны, а не отрицательные ионы, как у воздушных камер, остаются в межэлектродном промежутке. Время памяти может изменяться от долей микросекунды до десятка микросекунд в зависимости от некоторых параметров: состава, давления газа, значения очищающего поля, фронта импульса высоковольтного питания.
Максимальное значение тп ограничено диффузией или дрейфом электронов от следа частицы, оно уменьшается с ростом очищающего поля и увеличивается при добавлении в газовую смесь примеси электроотрицательного газа.
В искровой камере с электронным механизмом памяти флуктуации во времени начала лавины малы*, поэтому возможна одновременная регистрация нескольких треков без заметного уменьшения эффективности регистрации каждого. Однако и в такой камере не удается зарегистрировать более 4—6 треков одновременно, что явно' недостаточно при изучении высокоэнергетических столкновений, нередко порождающих большое число вторичных частиц.
Стримерная камера. Основным назначением искровой камеры является определение траектории заряженных частиц, и с этой точки зрения многоэлектродная камера с малыми зазорами между электродами не может обеспечить очень высокую точность, так как в ней разряд развивается по полю и точность измерения координат трека частицы определяется межэлектродными расстояниями.
В основном трудами советских ученых разработаны искровые камеры с большими (50 см и больше) искровыми промежутками, в которых разряд развивается вдоль трека частицы, а не по направлению электрического поля. Такие камеры называют стримерными. Главная особенность стримерной камеры состоит в искусственном обрывании газового разряда на стадии развития стримера**. Разряд при этом не замыкается на электроды. След частицы состоит из нескольких светлых штрихов, длина которых может составлять всего несколько миллиметров. Поскольку размеры стримеров небольшие, стримеры способны воссоздавать треки, идущие в любом направлении, а не только от одной пластины к другой. Кроме того, в стримерной камере можно зарегистрировать практически любое количество одновременно возникших треков. Яркость следа в подобной камере существенно меньше. Полной изотропии камеры можно добиться, если оборвать разряд на стадии лавины, однако интенсивность следа в этом случае становится настолько малой, что приходится прибегать для регистрации трека к электронно-оптическим усилителям света.
* Одновременность начала развития лавин и стримеров в разных точках межэлектродного промежутка означает, что заметнее уменьшение напряжения на электродах из-за резкого возрастания тока разряда наступит уже после того, как разряды разовьются во всех точках, через которые прешли частицы. '
