дрейфовая камера

ДРЕЙФОВАЯ КАМЕРА - прибор для определения координаты прохождения ионизирующей частицы, основанный на измерении времени дрейфа электронов - продуктов ионизации в газе, от места прохождения частицы до сигнальной проволоки (рис.). На сигнальную проволоку (анод) подаётся потенциал +U_С. На проволоки, замыкающие дрейфовые промежутки,

подаётся потенциал -U_Д. На проволоки, расположенные по бокам дрейфового промежутка, подаётся потенциал, равномерно распределённый от 0 до -U_д, создающий однородное электрич. поле вдоль дрейфового промежутка. Сигнал прохождения частицы (стартовый сигнал) задаётся внеш. детекторами, обычно сцинтилляционными детекторами. Сигнал окончания дрейфа вырабатывается электронами, размножающимися в газе лавинным образом вблизи анода (газовое усиление). Скорость дрейфа v_др электронов при заданной напряжённости электрич. поля определяется калибровочными измерениями. Зная интервал времени t_др между стартовым и конечным сигналами, определяют координату х проходящей частицы. Д. к. заключается в герметичную оболочку, к-рая заполняется газовой смесью. Обычно используется Аr с примесью многоатомного газа - изобутана, СО₂ и др. Это позволяет обеспечить коэф. газового усиления К до 10⁶ и уменьшить зависимость v_др электронов от напряжённости электрического поля (в чистом Аr K~10³-10⁴). Осн. характеристика Д. к.- зависимость t_др от х. Т. к. v_др зависит от напряжённости электрич. поля и отношения компонентов газовой смеси, то эти параметры в Д. к. выбираются так, чтобы v_др была однородна по всему дрейфовому промежутку и не была бы чувствительна к их изменению (при 70% Аr и 30% С₄Н₁₀ напряжённость поля в дрейфовом промежутке ~1 кВ/см). Д. к. не различает частицы, прошедшие симметрично относительно сигнальной проволоки. Для устранения этого недостатка либо вводится 2-я сигнальная проволока, либо используется эффект несовпадения наведённых зарядов слева и справа от сигнальной проволоки. Сигнал с сигнальной проволоки поступает на усилитель-формирователь (порог 1-10 мкА, R_вх=50-250 Ом) и далее на преобразователь временных интервалов в код. Код заносится в счётчик и считывается ЭВМ. Для регистрации неск. частиц с одной сигнальной проволоки необходимо соответствующее кол-во счётчиков. Обычно в целях экономии сигнальные проволоки объединяют в группы. В каждой группе сигналы поступают на схему "или" и далее на преобразователь. При срабатывании любой проволоки её номер и показание счётчика заносятся в память. Макс. загрузка Д. к. определяется конструкцией Д. к. При больших дрейфовых промежутках ограничение наступает вследствие накопления пространств. заряда положит. ионов в дрейфовых промежутках. При малых дрейфовых промежутках и длинных проволоках ограничение может наложить длительность сигнала, к-рая определяется временем движения положит. ионов из области лавины. Длительность импульса тока обычно ~100 нс, что соответствует макс. нагрузке на проволоку ~10⁷ с^-1. При малых дрейфовых промежутках и коротких проволоках ограничение наступает из-за накапливания ионов вблизи сигнальной проволоки и снижения коэф. газового усиления. Для камеры с дрейфовым промежутком 1 мм макс. загрузка ~5-10⁷ с^-1-см^-2. Дальнейшее продвижение в область больших загрузок достигается в т. н. с ц и н т и л л я ц и о н н о й Д. к., где регистрируется световой сигнал от высвечивания возбуждённых молекул газа вблизи сигнальной проволоки. Пространств. разрешение Д. к. с большой площадью R~1 мм, для небольших Д. к. R~0,1 мм. Ограничение в разрешении определяется диффузией электронов во время дрейфа, пробегом d-электронов, малой статистикой числа электронов на ед. длины следа частицы и вкладом электроники. Дальнейшее улучшение пространств. разрешения возможно при работе с газами под высоким давлением и с конденсир. инертными газами (до R~0,01 мм). При регистрации сложных событий возникает вопрос о пространств. разрешении двух соседних частиц. Длительность импульса тока с камеры (~100 нc) ограничивает величину разрешения на уровне неск. мм. Продвижение в область высоких разрешений (~0,1 мм) возможно при использовании инертного газа под давлением в неск. сотен атмосфер и при регистрации светового сигнала от высвечивания молекул газа, возбуждённых при движении электронов в сильном электрич. поле вблизи сигнальной проволоки. Принцип работы Д. к. был теоретически обоснован в 1968 [1]. Д. к. конструктивно разнообразны (плоские, цилиндрич. и сферич.). Плоские Д. к. больших размеров с невысоким R в наиб. степени соответствуют условиям нейтринных исследований на ускорителях заряженных частиц. В нейтринном эксперименте в ЦЕРНе Д. к. площадью 14 м² осуществляли локализацию мюонов с точностью до 1 мм. Для нейтринного калориметра в ИФВЭ используются 4-метровые камеры с дрейфовыми промежутками до 25 см. Для гибридного спектрометра (ЦЕРН) разработана Д. к. с размерами 2х4х5м³. Она имеет 2-метровые дрейфовые промежутки и предназначена для определения сорта частиц в событиях с высокой множественностью (см. Множественные процессы ).Д. к. с R = 60 мкм использовались в эксперименте на ускорителе ФНАЛ (см. Координатные детекторы). Д. к. нового поколения способны регистрировать полную картину сложного многочастичного события, подобно пузырьковой камере. Они используются в е⁺е^- - экспериментах на накопительных кольцах (см. Встречные пучки ).Д. к. ТРС в Беркли помимо регистрации треков даёт информацию о сорте частиц по измерению плотности ионизации вдоль трека в области релятивистского роста ионизац. потерь. Лит.: 1) С h а г р a k G. [а. о.], The use of multiwier proportional counters to select and localize cherged particles, "Nucl. Instr. and Meth.", 1968, v. 62, p. 262; 2) З а н е в с к и й Ю. В., Проволочные детекторы элементарных частиц, М., i978; 3) К 1 е i n k n е с h t К., Particle detectors, "Phys. Repts", 1982, v. 84, № 2. А. А. Борисов.

   <<      Предметный указатель      >>