Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
1954.
51. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М., «Наука», 1967.
ГЛАВА 9
НЕКОТОРЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИСКРЫ
9.1. Счетчики
Области использования физических явлений, протекающих в газовом разряде, настолько многочисленны, что одно лишь их перечисление заняло бы здесь много места. Рассмотрим вкратце наиболее важные применения лавино-стримерных и искровых процессов в современных научных исследованиях.
Дальнейшим усовершенствованием счетчиков Гейгера —Мюллера стали лавинные и искровые счетчики. На плоские электроды подается напряжение несколько ниже пробивного. Частица, влетая в разрядный промежуток, ионизирует газ или выбивает несколько электронов из катода. Образованные тем или иным способом начальные электроны размножаются в лавину. Подбирая определенным образом смеси газов и паров в промежутке, можно довести усиление лавины до больших значений, а также добиться подавления вторичных лавин. При этом мощные лавины дают на внешнем сопротивлении импульс напряжения, который затем может быть подан через усилитель на осциллограф.
Преимущество такого счетчика над счетчиком Гейгера—Мюллера состоит в том, что сильное однородное поле позволяет получить более короткое время срабатывания. Кроме того, «мертвое» время счетчика благодаря отсутствию вторичных лавин очень мало, что позволяет регистрировать плотные серии импульсов [1].
Если на электроды подать напряжение, превышающее статистическое пробивное, то электроны, образованные ионизирующей частицей, дают начало лавине, которая затем формирует искру. Поэтому в этом случае счетчик работает в искровом режиме и соответственно называется искровым [2]. Преимущества искрового счетчика в том, что он обладает очень коротким временем срабатывания, дает на сопротивлении большой импульс напряжения /—100 в, а также позволяет локализовать место зарождения начального электрона, поскольку искра образуется однолавинным процессом и ее канал с большой вероятностью можно отождествить с треком лавин. Недостатком искровых счетчиков является наличие «мертвого» времени. Это происходит из-за того, что после контакта искры с электродами возможно образование запаздывающих электронов, которые могут дать спонтанные импульсы. Подбором соответствующих электродов и смеси газов и паров «мертвое» время можно сократить.
258
9.2. Искровые камеры
Искровой счетчик, используемый для регистрации локального газового разряда, осуществляемого на следе частицы, называется искровой камерой. Этот метод регистрации был разработан в работах [2—6]. Фукуи и Миямото [7] создали искровую камеру, наполненную благородным газом (аргоном или неоном), которая является прототипом современных искровых камер.
В искровых камерах используются в основном плоские электроды. Иногда применяют электроды сферической или цилиндрической конфигурации. Расстояние между электродами, т. е. длина разрядного промежутка, — 1 см. В камере измеряются обычно только две координаты следа частицы (в плоскости электродов). Точность локализации следа 3 • IO-2 см. Для получения пространственной картины движения ионизирующей частицы используют несколько расположенных рядом камер (стопка камер).
Главные преимущества искровых камер — управляемость и быстродействие. Так как в чистом благородном газе свободные электроны существуют десятки микросекунд, разряд на следе можно осуществить через достаточно большое время, необходимое для предварительной обработки информации о регистрируемом событии. Добавляя примеси, захватывающие электроны, можно снизить разрешающее время до десятков наносекунд, т. е. имеется возможность регулировать в широких пределах время памяти камеры о данном событии. Мертвое время камеры ~0,1 — 0,01 сек.
Для того, чтобы избежать возникновения искры от начальных электронов фона, к камере прикладывается дополнительное очищающее поле напряженностью ~100 в!см, с помощью которого все электроны и ионы вытягиваются из промежутка, вследствие чего уменьшается вероятность образования ложных искр.
Искровые камеры позволяют регистрировать одновременно много частиц. Благодаря управляемости регистрируемая искровыми камерами картина оказывается сравнительно простой и доступной для быстрого анализа на ЭВМ. Искровые камеры просты, надежны в эксплуатации и сравнительно дешевы. Управляемость и быстродействие обеспечили им широкое применение в экспериментах на ускорителях частиц высоких энергий.
9.3. Пропорциональные камеры
Пропорциональная камера [8] представляет собой большое число тонких проволочек, натянутых в плоском слое на расстоянии ~1 мм друг от друга. Каждая проволочка соединена с усилителем и работает как самостоятельный пропорциональный счетчик. Электроны со следа ионизирующей частицы дрейфуют в электрическом поле в газе и размножаются у поверхности нитей. Многоканальный анализатор регистрирует импульсы от всех нитей. Номер каждого канала ана-
259
лизатора соответствует определенной проволочке, положение которой определяет координату следа.
Такая камера успешно применяется для анализа пучков. Скорость счета ~10б сек~г на проволочку, временное разрешение ~100 нсек, эффективность регистрации ~100%.
