Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
З 1. Многопроволочная пропорциональная камера 79
Высокое напряжение^ кВ
Рис. 3.4. Эффективность регистрации пропорциональной камеры в зависимости от приложенного высокого напряжения для разной длительности стробирующего импульса [217] 7 — 40 не; 2 — 35 не, 3 — 30 не, 4 — 25 не, 5 — 20 не
Длина плато между значением напряжения, при котором достигается полная эффективность регистрации частиц с минимальной ионизацией, и напряжением пробоя определяется газовым усилени-ем и нижним порогом усилителя напряжения (который обычно составляет от 200 до 500 мкВ). Для больших камер типичны следующие параметры [217]: диаметр проволочек 20 мкм ; расстояние между проволочками 2 мм; расстояние анод — катод 6 мм; рабочий газ — аргон (80%) + изобутан (20%) с метилалем в качестве гасящего газа; усилитель с порогом 200 мкВ на 2 кОм и с эффективным временным разрешением 30 не; длина плато превышает 700 В; пространственное разрешение (дисперсия прямоугольного распределения) ах = 0,7 мм. Эффективность регистрации такой камеры в зависимости от приложенного высокого напряжения показана на рис. 3.4.
Пространственное разрешение пропорциональных камер может быть улучшено при использовании помимо анодных сигналов импульсов, индуцированных на катодной плоскости [64, 204]. С этой целью по крайней мере одна из катодных плоскостей разбивается на полосы (стрипы), перпендикулярные анодным проволочкам (рис. 3.5). Величина импульсов, индуцированных на отдельных стрипах, меняется с расстоянием между лавиной и стрипом; можно определить центр тяжести заряда, индуцированного на стрипах, и, следо-
80 3. Измерение координаты
Рис. 3.5. Принципиальная схема катодного считывания в пропорциональной камере. Положение лавины {а) определяется по центру тяжести заряда, индуцированного на катодных стрипах, расположенных перпендикулярно анодным проволочкам [64], 1 — катоды; 2 — аноды.
о
лоо
400
600
Положение у, mkm
Рис. 3.6. Пространственное разрешение, получаемое с помощью катодного считывания [64]. Камера облучалась источником рентгеновских лучей с энергией 1,4 кэВ, причем источник устанавливался в трех положениях на расстоянии 200 мкм одно от другого; у — центр тяжести заряда на стрипах.
3.2. Плоские дрейфовые камеры
81
вательно, положение лавины. В результате может быть достигнуто пространственное разрешение ах = 35 мкм в направлении, перпендикулярном направлению стрипов. На рис. 3.6 показана достигнутая точность определения координаты для мягких рентгеновских лучей. Источник устанавливался последовательно в трех положениях на расстоянии 200 мкм одно от другого. В результате фотоэффекта образуются локализованные электроны. Полученное значение пространственного разрешения 35 мкм частично обусловлено конечными пробегами фотоэлектронов.
Пропорциональные камеры с катодным считыванием дают, та-, ким образом, очень хорошее пространственное разрешение, однако затраты на создание механической конструкции и электронную обработку сигналов весьма значительны.
3.2. Плоские дрейфовые камеры
Работа дрейфовой камеры [61, 245] основана на наблюдении, что в пропорциональной камере существует однозначная связь разницы во времени между прохождением частицы и началом нарастания переднего фронта анодного импульса с расстоянием между точкой первичной ионизации и анодной проволочкой. Эта разница во времени At в основном определяется временем дрейфа электронов от момента первичной ионизации при t - to до момента времени t\9 когда они достигают области высокой напряженности поля вблизи анодной проволочки и инициируют образование лавины. Координату z места прохождения частицы относительно анодной проволочки можно выразить следующим соотношением:
I vD(t)dt. (3.2)
tu
Желательно иметь постоянную скорость дрейфа vd во всей дрейфовой области, так как в этом случае выражение (3.2) становится линейным соотношением:
Z = vD(h - to) = vDAt. (3.3)
При напряженности электрического поля 1 kB/см (нормальные условия) и типичном значении скорости дрейфа электронов vd « 50 мм/мкс точность измерения времени 4 не обеспечивает точность измерения координаты 8z = 200 мкм, если скорость дрейфа известна и является постоянной. Постоянства vd можно достичь, поддерживая постоянной напряженность электрического поля на йу-
82 3. Измерение координаты
Рис. 3.7. Схематичный вид эквипотенциальных линий в ячейке дрейфовой камеры. + //К2 — потенциал анодной проволочки; - HVX — потенциал катодных проволочек; на остальных проволочках потенциал меняется от 0 до -ИV\. I — ионизующая частица; // — область дрейфа; /// — отрицательный потенциал.
ти дрейфа электронов. В обычной пропорциональной камере с параллельными анодными проволочками между двумя катодными плоскостями это невозможно из-за области нулевого поля между двумя анодными проволочками. Только вводя потенциальную проволочку под потенциалом ~HV\ между двумя анодными проволочками, которые находятся под потенциалом +HV2, можно в первом приближении получить линейное соотношение между временем дрейфа и длиной дрейфа [245].
Полная линейность этого соотношения может быть достигнута при условии, что электрическое поле будет постоянным во всем дрейфовом пространстве. Эта цель достигается выбором конфигурации электродов. Дрейфовая ячейка плоской камеры, показанная на рис. 3.7, имеет одну анодную проволочку {+HVl) и две потенциальные проволочки ( — HVl)1 запирающие ячейку. Напряженность поля в области дрейфа вдали от анодной проволочки поддерживается постоянной путем изменения потенциала на катодных проволочках линейно от нуля (вблизи анода), до - HVl (вблизи потенциальных проволочек).
