Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
А=епК/С.
Пропорциональность между ионизацией в амплитудой А достигается при К — 10—IO5.
К каждой сигиальиой проволочке присоединяют предусилитель, после к-рого сигнал поступает в устройство, кодирующее номер проволочки. П. к. размещают так, чтобы частицы летели примерно перпендикулярно плоскости сигнальных проволочек, и тогда координата х точки траектории частицы определяется номером сработавшей проволочки. Чтобы получить иеск. точек на траектории частицы, неск. П. к. соединяют в блоки (рис. 4), причём соседние П. к. обычно
взаимно развёрнуты иа 90°. Обычно применяют десятки П. к., что позволяет полностью реконструировать траектории заряж. частиц.
Разрешающая способность. Пространств, разрешение П. к. задаётся расстоянием между сигнальными проволочками s. Среднеквадратичная ошибка измерения координаты Axfx а; $/3.
Амплитудное, т. е. энергетическое, разрешение П. к. определяется соотношением
( ДА \g ( An \ j I ( А К
IaJ-
где Дга — флуктуации числа электронов, AK — флуктуации газового усиления от каждого электрона. При регистрации мягких v-квантов (Е~ = 5—6 кэВ) в П. к. достигается разрешение ж 12—15% при К = IO2—IO3 [5, 6]. При /С < IO8 разрешение ухудшается из-за уменьшения отношения сигнал/шум; при К > IO3 начинает проявляться накопление положит, заряда вблизи проволочки, что ухудшает амплитудное разрешение (см. ниже).
Временное разрешение П. к. 6г определяется временем дрейфа ионов. При s = 2 мм временное разрешение 6t = 30 ис.
Измерение 2 координат в одной пропорциональной камере. Существует неск. методов определения координаты z траектории частицы вдоль сигнальных проволочек [7]. Часто используют т. н. метод деления токов, основанный на измерении токов Z1 и I2 иа концах сигнальной проволочки. Токи разделяются соответственно сопротивлениям R1, R2 участков проволочки по одну и другую стороны от места прохождения частицы: Z1ZZ2 = R2ZRi ~ (L — z)fz, где L — длина
проволочки. Предельная точность метода: AzfL ~ 1%.
Координату z определяют также измерением индуци-ров. заряда на катодах, к-рые изготовлены в виде і полосой или площадок шириной 5—8 мм; на каждой полоске измеряется заряд Qf.
Z=^iQiH 12#і-
146
К усилитеЛИ
Рис.-4. Схема блока из тр?х пропорциональных камер, измеряющих координаты х, у, г (развёрнута на 25* к х).
Этот метод обеспечивает пространственное разрешение Azfz — 20—30 мкм.
Характеристики пропорциональных камер. Газовая смесь для П. к. должна обеспечивать достаточно высокие уд. нонизац. потери энергии заряж. частиц (»2 кэВ/см), мин. сечение захвата электронов атомами газа, гасящие свойства при развитии электрои-фотои-ной лавины вблизи сигнальных проволочек. Этим требованиям удовлетворяют смеси инертных газов и углеводородов (или COe). В ГГ. к. обычно используют смесь Ar (70—90%) и CH4 или CaHe (10—30%).
Большое газовое усиление достигается в П. к. с тонкими сигнальными проволочками. Однако при этом эл.-статич. силы отталкивают проволочки друг от друга и требуется достаточно большое их натяжеиие: T > (1—4яе0)(СУ0?/$)а (предельное натяжение вольфрамовой проволочки с d — 10, 20, 30 мим равио 0,16, 0,65 и 1,45 Н). Критич. длина проволочки Lltp — = («/СУ0)(4ле0 При S= 2 мм, I = 8 мм,
d = 20 мкм и V0 = S кВ Lltp = 85 см, поэтому в П. к. больших размеров необходимо укреплять сигнальные проволочки.
П. к. работает с высокой эффективностью в потоках до 10*—IO6 частиц*им -2с-1. Препятствием увеличения загрузки является накопление положит, заряда вблизи сигнальных проволочек. В процессе газового усиления положит, ионы, подвижность к-рых приблизительно в IO3 раз меньше подвижности электронов, накапливаются около проволочки, экранируя её, уменьшают газовое усиление н понижают эффективность регистрации частиц.
Долговечность П. к. ограничена «старением», к-рое возникает из-за осаждения и полимеризации органич.
соединений иа поверхности проволочек [8]. Старение заметно после попадания IO1' электронов на 1 мм длины проволочки.
Мвоговитные камеры применяют не только в пропорциональном, ио также и в др. режимах работы, напр, в самогасящемся стримерном режиме. При этой теряется пропорциональность амплитуды и ионизации, но возрастает амплитуда сигнала (см. Стримерная
камера).
П. к. используют в физике частиц высоких энергий, где крупные установки, достигающие площади ~ 10 м2, содержат десятки П. к. с общим числом проволочек неск. десятков тысяч, а также в ядернон физике, биологии, в медицинской диагностике, дефектоскопии И т. д.
Лит.: I) Rice-Evans P., Spark, streamer, proportional and drift chambers, L., 1974; 2) S a и I і P., Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers, Gen., 1977;
3) Заневский Ю. В., Проволочные детекторы элементарных частиц, М., 1978; 4) Заневский Ю. В., Пет ею-нов В. Д., Пропорциональные и дрейфовые камеры в прикладных исследованиях. Обзор, «Приборы и техн. експерименте», 1978, M 2. с. 7; 5) S a u I і F.r Basic processes in time-proJection like detectors, в кн.: Time projection chamber 1-th workshop. Vancouver, 1983, N. Y., 1984- в) Ионизационные измерения в фи-анне высоких энергий. М., 1988; 7) С и т ар Б., Новые направления в развитии дрейфовых камер, «ЭЧАЯ», 1987, т. 18, с. 1080; 8) Алексеев Г. Д., Круглов В. В., Хазинс Д. М., Саногасящийсн стримерный (СГС) разряд в проволочной камере, «ЭЧАЯ», 1982, т. 13, с. 703. Б. Ситар.
