Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
Процесс образования стримера показан на рис. 3.29. Заряженная частица проходит параллельно электродам камеры и в момент времени h формирует на своем пути кластер электрон-ионных пар. Одновременно частица запускает триггер высокого напряжения. В
д
Рис. 3.28. Принцип действия Стримерной камеры (схема) [2191. о — вид сбоку (перпендикулярно направлению поля ?"); б — вид сверху (параллельно направлению поля E).
1
Рис. 3.29. Временное и пространственное развитие стримера. Ход времени слева (л) направо (t6) [6]. / — катод; 2 — анод.
а
^обпаденш
Иипульс
высокого напряже -
Ш4Я
500 к В
Ю HC
102 3 Измерение координаты
Рис. 3.30. Событие, вызванное тг-мезоном с энергией 300 ГэВ в жидководородной мишени Треки продуктов реакции зарегистрированы в стримерной камере с размерами 200x120 x 72 см3 [91]
момент времени h в направлении электрического поля начинает развиваться лавина. Она имеет каплеобразную форму из-за различной подвижности электронов и ионов (?). Электрическое поле пространственного заряда в лавине Ег добавляется к внешнему полю Е. Фотоны ультрафиолетового излучения, испускаемые в лавине, вызывают образование вторичных лавин (U). Вторичные и первичные лавины образуют два плазменных канала, которые распространяются по направлению к обоим электродам. Эти стримеры растут со скоростью -108 см/с Если импульс высокого напряжения прикладывается к электродам на достаточно долгое время, то стпиме-
3.9. Годоскопические камеры на основе трубок Конверси
103
ры достигают электродов — возникает искра. Для работы в режиме стримерной камеры требуется очень короткий (<1 не) импульс высокого напряжения, чтобы след оставался «редким».
Высокое качество фотографий современных стримерных камер демонстрируется на рис. 3.30. Эта камера была использована в эксперименте NA-5 в CERN, в котором исследовались адронные взаимодействия при высоких энергиях [186]. Стримерные камеры с очень хорошим пространственным разрешением были разработаны в Йельском университете для измерения времени жизни очарованных частиц в области времен -10"13 с [85]. Для частицы с массой 2 ГэВ и импульсом 20 ГэВ/с данное время жизни соответствует среднему пути до распада 300 мкм. Такая камера работает при давлении 24 атм, а электрическое поле напряженностью 330 kB/см создается импульсом напряжения длительностью 0,5 не. Достигнутое пространственное разрешение составляет 32 мкм [215, 179].
В отличие от пузырьковых камер стримерные камеры могут использоваться в качестве трековых детекторов в экспериментах на
накопительных кольцах. Одним из примеров такого использования является эксперимент UA-5 [241], в котором изучались продукты реакции от протон-антипротонных столкновений с энергией в системе центра масс 540 ГэВ.
3.9. Годоскопические камеры на основе трубок Конверси
Другим типом газоразрядной камеры является годоскопическая камера, разработанная Конверси и др. [66, 70] и используемая, в частности, в нейтринном детекторе в Fermilab [236]. Такая камера состоит из ряда параллельных друг другу прямоугольных трубок, изготовленных прессованием полипропилена (рис. 3.31). Этот плоский ряд трубок расположен между двумя металлическими электродами и наполнен смесью (90% Ne + 100? Не). После прохождения ионизующей частицы на электроды подается импульс высокого напряжения, и в тех ячейках, через которые прошла ионизующая частица, возникает тлеющий разряд. Этот разряд можно сфотографировать или зарегистрировать электронным способом. Эффективность регистрации в камере такого типа составляет 80%. Стоимость единицы площади таких камер мала по сравнению с дрейфовыми камерами, что позволяет создавать калориметры большого объема с сохранением пространственного разрешения на уровне 5-10 мм.
104 3. Измерение координаты
Рис. 3.31. Устройство камеры на основе трубок Конверси, изготовленной из штампованного полипропилена [236]. / — алюминиевые электроды; 2 — полипропилен.
3.10. Искровые камеры
До создания пропорциональных и дрейфовых камер искровая камера широко использовалась в качестве управляемого трекового детектора. Набор параллельных металлических пластин, которые используются в качестве электродов, помещают в объем, наполненный инертным газом (обычно смесью гелия и неона при нормальном давлении). Пластины (через одну) подсоединены к источнику высокого напряжения, а оставшиеся пластины — к земле (рис. 3.32). После того как ионизующая частица пересекает искровой промежу-
6
Рис. 3.32. Принцип действия искровой камеры, / — формирователи импульсов; 2 — схема совпадения; 5 —усилитель; 4 — фотоумножители; 5 —искровой зазор; б — ионизующая частица.
3.10 Искровые камеры
105
«-і-1-I-/ і . і I
0 0,2 0,4 0,6 Oft I9O 12 1}4 /ft
8репя задержки^ /ч/ес
Рис. 3.33. Зависимость эффективности регистрации искровой камеры от времени задержки высоковольтного импульса для различных значений очищающего напряжения [212]. /- 300 В; 2 — 200 В; 5 — 140 В; 4— 100 В; 5 — 80 В; 6—50 В; 7—30 В.
ток, на половину пластин подается импульс высокого напряжения [6, 66]. Электрическое поле между пластинами имеет такую высокую напряженность (20 кВ/см при нормальном давлении), что в месте первичной ионизации за несколько наносекунд развивается разряд. В общем спучае этот разрядный канал параллелен электрическому полю. Носители заряда, образовавшиеся вдоль искры, в промежуток времени между разрядами убираются слабым постоянным электрическим полем («очищающее поле»), направление которого противоположно направлению импульсного поля. Из-за наличия очищающего поля и из-за диффузии первичных электронов эффективность регистрации искровой камеры .зависит от времени задержки между прохождением заряженной частицы и подачей высоковольтного импульса на пластины. На рис. 3.33 показана эта зависимость для камеры с неоновым наполнением при давлении 1,3 атм [212]. Если несколько частиц одновременно пересекают камеру, то эффективность регистрации снижается, поскольку образовавшийся заряд стекает через несколько разрядных каналов.
