Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
5*
131 эффекта. Если потребовать, чтобы индукционный эффект не влиял на амплитуду импульса в 0,9 объема камеры, то
RC «(*0)мив/(3аг) « 0,Ы/(Зш-).
В камере, например, наполненной аргоном до давления 0,5 атм, при d = 1 см и U0 = 100 в значению W » 4 - IO5 см/сек необходимо RC ж 8-Ю-8 сек. Максимальное значение амплитуды составит всего лишь 0,03 пе/С.
Иногда индукционный эффект можно уменьшить (и даже совсем от него избавиться),'если отделить область, где происходит образование ионов и электронов,
Ilt-
+
II
от области, где движение электронов индуцирует ток на собирающем электроде. Объем камеры разделяется третьим электродом — сеткой. Расположение сетки и схема включения такой камеры показаны на
-ш_ і ' рис. 5.5. Образованные в
L_к_J- объеме / электроны дрей-
П фуют в направлении со-
бирающего электрода. Но пока дрейф происходит в области I, возникает лишь сеточный ток, поскольку собирающий электрод экра-Движение электронов в объеме II индуцируют
+
Рис. 5.5. Схема плоской камеры с сеткой
нирован сеткой, ток на собирающем электроде.
Таким образом, независимо от места ионизации в объеме I все электроны индуцируют ток на собирающем электроде в течение времени движения по объему II. Очевидно, что собранный заряд в данном случае пропорционален числу пар ионов, созданных ионизирующей частицей, а максимальное значение импульса Vuакс = = x0ne/(Cd). Сетку следует делать достаточно прозрачной, чтобы электроны не оседали на ней, но, с другой стороны, достаточно плотной, чтобы обеспечить надежное экранирование собирающего электрода. Оседание электронов на сетке уменьшается, если увеличивать электрическое поле между сеткой и собирающим электродом. Поле в области I должно быть достаточно большим, чтобы препятствовать рекомбинации и образованию электроотрицательных ионов.
Индукционный эффект слабее выражен в камерах с непостоянным по объему электрическим полем. С этих позиций особое внимание заслуживают цилиндрические и сферические камеры.
Форма импульса в цилиндрической камере. Напряженность поля в такой камере зависит от расстояния до центра камеры и определяется следующим выражением:
E = Lyirln(Zyr1)], (5.48)
132 где U0—напряжение, приложенное к камере; г—-расстояние от оси камеры, на котором определяется напряженность поля; г2 и гг —-радиусы внешнего и внутреннего электродов камеры. Зависимость V (0 на центральном электроде камеры (рис. 5.6) получим при следующих условиях: постоянная времени RC^r2Zw+, ионизирующая частица проходит в камере на расстоянии г0 от центра камеры параллельно оси симметрии и создает п пар ионов, потенциал собирающего электрода выше потенциала внешнего электрода. Поскольку напряженность поля в точке г при единичном потенциале на собирающем электроде равна 1/[г In (г2/гх)],
W+ (t)
In (/Vi)
dt\
V- {t) =
пе
W- (t)
г In (r2ln)
dt.
(5.49)
)
В этом случае скорость дрейфа зависит от времени, которое связано с координатой г. Заметим, что w = drjdt. Для положительных ионов w+ = ii+E/p=n+U0/[rln (rjrjp]. Найдем связь между текущими значениями г и t:
rdr ¦
P In Ыа)
iL T
¦¦р
U0 t
P In Ir2Ir1)
(5.50)
Подставляя в (5.49) значения W+ и г из выражения (5.50), получаем
v+(0=
пе
2С In (/Vi)
X
X In
1 + ¦
2ц,+ U0 t pr% In (г2/га)
(5.51)
Z t, мксек
Рис. 5.6. Схема цилиндрической камеры в импульсном режиме и зависимость импульса на аноде, обусловленного движением электронов ДЛЯ Г2/Гі=10 при разных /"о, от времени
Максимальное значение импульса 1/„ : г2 или в момент времени
• достигается при г
t--
P In (Г2/Г1)
U0 !X+
Подставляя в (5.51) время, когда импульс достигает своего; максимального значения, находим
V1JaKC = пе In (r2/r0)l[C In {гJr1)].
(5.52)
133 Скорость дрейфа электронов сложным образом зависит от напряженности поля, и эта зависимость различна для разных газов. В первом приближении можно считать, что для таких газов, как водород, гелий, кислород и азот, скорость дрейфа пропорциональна корню квадратному из напряженности поля, поэтому можно принять, что w~ = УЕ/Е0-цу~. Заметим, что вид зависимости w~ от напряженности поля не повлияет на величину У„акс, а скажется только на зависимости У- (t). Учитывая принятую зависимость w~ от Е, получаем связь между г и t после решения уравнения, аналогичного (5.58):
JL гЗ/2--L гЗ/2 =- wQ У". f (5.53)
3 3 "1/Eoln (T2Jr1) После подстановки в (5.49) w~ и г из (5.53) имеем V-(/)=_J!L--I-Inf 1-А-ЩіУйр \ {5М}
С 31n (T2Jr1) V 2 гУ1 Т/Ео In (r2jri) J
Максимальное значение импульса У„акс достигается при г = T1 или при
t==2 Ve0 In (T2Jr1) (r3/2_r3/2)t 3
что следует из выражения (5.53). Таким образом,
VrJaKC = пе In (Vf0)ZICln (г Jr1)]. (5.55)
Вычисленные зависимости V~ (t) для нескольких значений rjr2 приведены на рис. 5.6. При вычислениях принято, что г Jr1 = 10, r2 = = 2 см, камера наполнена водородом при 380 мм рт. ст., U0 = = 225 в. Из полученных выражений для формы импульса и рис. 5.6 видно, что максимальное значение амплитуды импульса, обусловленное движением электронов, слабее зависит от места образования электронов и ионов, чем это было в плоской камере. При условии равновероятной ионизации по всему объему в плоской камере число импульсов, ДЛЯ которых У„акс ^ Умакс, раВНО ЧИСЛу ИМПуЛЬСОВ, ДЛЯ которых V1J3KC > У макс ¦ В ЦИЛИНДрИЧЄСКОЙ Камере VVaKC =
