Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
Другая возможность заключается в том, что хотя катодные плоскости находятся под фиксированным потенциалом, соответствующая конфигурация электрического поля в ячейке достигается путем использования нужного количества проволочек, корректирующих потенциал. Для ячейки, показанной на рис. 3.8, 6 потенциальных и 10 корректирующих проволочек требуется для одной анодной проволочки, чтобы создать примерно постоянное дрейфовое поле
3.2. Плоские дрейфовые камеры
83
Рис. 3.8. Устройство ячейки большой дрейфовой камеры [177]. 1—,сигнальная проволочка (анод) диаметром 40 мкм; 2 — потенциальные проволочки диаметром 200 мкм.
в ячейке с поперечным сечением 60 x 30 мм2. На рис. 3.9 показаны эквипотенциальные линии для этой ячейки, а на рис. 3.10 демонстрируется близкое к линейному соотношение между временем дрейфа и местом прохождения частицы.
3Om
+3,8 к в эквипотенциальные катодная
анодная линии пробо/гочка
пробояочка
Рис. 3.9. Эквипотенциальные линии в одном квадранте ячейки дрейфовой камеры, показанной на рис. 3.8 [177]. Стрелки показывают направление дрейфа электронов. Диаметр проволочек 200 мкм, потенциалы: 1) +2 кВ; 2) +1,5 kB; 3)+1 кВ; 4)-2 кВ.
84 3. Измерение координаты
-JO ~BO-fO О Ю 20 JO Рис. 3.10. Соотношение между временем
Расстояние, мм дрейфа и путем дрейфа [177].
На линейность этого соотношения влияет не только распределение поля, но и зависимость скорости дрейфа от напряженности электрического поля в используемой газовой смеси. Для некоторых специальных смесей (например, 80% аргон — 20% изобутан) vd слабо зависит от E в области E — 0,5 2 кВ/см (см., например, рис. 1.8), так что остающаяся неоднородность электрического поля очень слабо влияет на время дрейфа.
Больщие плоские дрейфовые камеры состоят из многих (-100) дрейфовых ячеек. Пространственное разрешение, которое достигается на камерах большой площади (2? 10 м2), ограничено главным образом механическими допусками при установке проволочек (100 — 300 мкм) и провисанием проволочек (-4 м длиной) под их собственным весом. Для небольших камер ограничение пространственного разрешения определяется временным разрешением электронных систем 40 мкм) и диффузией электронов во время их дрейфа к аноду (^ 50 мкм для пути дрейфа 20 мм).
3.3. Цилиндрические дрейфовые камеры /
Для экспериментов на накопительных кольцах, где часто используются соленоидальные магнитные поля (Br = B^ — 0, Bz ^ 0 в цилиндрических координатах; поле направлено вдоль оси z),
3.3. Цилиндрические дрейфовые камеры
85
Рис. 3.11. Четыре различных типа цилиндрических дрейфовых камер, а ~ пропорциональная камера; б — цилиндрическая дрейфовая камера; в — дрейфовая камера "Jet"; г — время-проекционная камера (ТРС); 1 — канал пучка.
применяются цилиндрические дрейфовые камеры. С помощью .таких позиционно-чувствительных детекторов измеряют направление и кривизну треков частиц, выходящих из точки взаимодействия (рис. 3.11).
Сначала в детекторах такого типа для определения положения трека использовали цилиндрические слои пропорциональных (разд. ЗЛ) или искровых (разд. 3.9) камер (рис. 3.11, о). Анодные проволочки пропорциональных камер натянуты параллельно магнитному полю В; электрическое поле E ориентировано в радиальном направлении. Электроны, дрейфующие в электрическом поле E9 отклоняются под действием силы Лоренца в направлении <р, что вносит ошибку, которая, однако, мала в этом случае, так как путь дрейфа мал (^10 мм). Для второго поколения таких центральных трековых детекторов использовались цилиндрические дрейфовые камеры. Они содержат до 20 цилиндрически симметричных слоев дрейфовых ячеек. Линии напряженности дрейфового электрического поля лежат в плоскости (г, ф) (рис. 3.11,6). Это поле создается соответствующим расположением потенциальных проволочек и сигнальной проволочки в центре ячейки, причем каждая потенциальная проволочка параллельна соответствующей сигнальной. Около половины
86 3. Измерение координаты
2
Рис. 3.12. Геометрическое расположение аксиальных проволочек в дрейфовой камере детектора TASSO; размеры даны в миллиметрах [43]. 1— сигнальная проволочка диаметром 30 мкм; 2 — потенциальные проволочки диаметром 120 мкм.
сигнальных проволочек параллельны В, в то время как другие расположены под телесным углом 7 (например, у = ±4°) относительно этой оси, что позволяет восстанавливать z-координату трека. Для сокращения количества потенциальных проволочек можно отказаться от запирания дрейфовой ячейки в радиальном направлении («геометрия открытой ячейки»). При этом, конечно же, ухудшается однородность электрического поля.
Примером такого центрального детектора с геометрией открытой ячейки является дрейфовая камера детектора TASSO [43, 44]. На рис. 3.12 показано поперечное сечение нескольких дрейфовых ячеек с длиной проволочек 3,5 м. 15 цилиндрических слоев ячеек дрейфа позволяют измерять треки длиной до 85 см в радиальном направлении; в шести из этих слоев сигнальные проволочки образуют с осью угол 7 = ±4°. Достигнутое пространственное разрешение в плоскости (/*, ф) составляет ог,<р ~ 200 мкм, а в направлении z Or1 ^/sin 7 ~ 3 мм. На рис. 3.13 показана проекция треков в плоскости (г, ф) от события, в котором в результате электрон-позитрон-ной аннигиляции при энергии 30 ГэВ в системе центра масс образуется по крайней мере 12 заряженных частиц.
