стримерная камера

СТРИМЕРНАЯ КАМЕРА - разновидность искровой камеры, в к-рой разряд, вызванный импульсом высокого напряжения, обрывается на стримерной стадии искрового разряда. С. к. представляет собой заполненный газом объём, содержащий плоскопараллельные электроды. После прохождения заряж. частицы, вызвавшей ионизацию газа вдоль траектории, на эти электроды подаётся короткий импульс высокого напряжения, длительностью 12-20 нc, что обеспечивает прекращение развития разряда. Начальная стадия разряда - электронные лавины, переходящие в стримеры (положительный и отрицательный) - узкие светящиеся каналы, газ в к-рых ионизован. Фронт стримера движется со скоростью до 4*10⁶ м/с в полях ~ 30 кВ/см. Стримеры формируются вдоль электрич. поля, стартуя от электронов начальной ионизации и обрываясь на длине в неск. мм. Стримеры, являющиеся самосветящимися объектами, фотографируются и после обработки фотоплёнки по ней определяют координаты треков частиц. Впервые С. к. создана в 1963 Г. Е. Чиковани с сотрудниками и независимо Б. А. Долгошеиным с сотрудниками [1]. Чаще всего С. к. используют как магнитные спектрометры с мишенью, расположенной в их объёме. С помощью С. к. можно изучать взаимодействие частиц в газе, заполняющем камеру, а также в мишенях из разных материалов, расположенных перед С. к. или в объёме камеры. С. к. управляема - отбор событий осуществляется при помощи электронных детекторов. Она имеет малое время памяти (~0,5- 1 мкс), может работать в пучках высокой интенсивности (~ 10⁶ частиц/с) и способна регистрировать до 10³ частиц в 1 с. По контрастности изображения и разрешающей способности С. к. уступают пузырьковым камерам, однако управляемость позволяет использовать их для исследования процессов, имеющих малые вероятности. Мёртвое время С. к. составляет 10^-4 с. Иногда вместо фотографирования применяют съём информации с помощью телекамер или приборов с зарядовой связью (ПЗС). Использование ПЗС позволяет увеличить быстродействие прибора, а также значительно сокращает время обработки, т. к. информация с ПЗС непосредственно подаётся в ЭВМ.

Обычно С. к. имеют размеры 1 X 0,5 х 0,5 м³ (одна из самых больших И. к. имеет длину 8 м). В качестве газа используют Не, Н₂, смеси Ne + He, Не + СН₄, D₂ + СН₄ при давлении р = 1 атм. Импульсные напряжения ~ 20 кВ/см. При р = 1 атм С. к. имеют низкое координатное разрешение, связанное со значит, размером стримеров (диаметр ~ 1 мм, длина ~ 5 мм) и малой их плотностью (~ 10-12 см^-1).

Улучшения пространственного разрешения можно достичь, регистрируя не свечение стримера, а рассеяние света на оптич. неоднородностях в стримерных каналах при освещении их лазерным источником. Выделившееся в канале джоулево тепло и расширение стримера со сверхзвуковой скоростью вызывают уменьшение плотности газа и, следовательно, уменьшение показателя преломления в канале. Подсветка стримеров лазером производится после окончания высоковольтного импульса и по истечении времени, в течение к-рого электроны передают свою энергию тяжёлым частицам в стримерном канале (ионам, атомам, молекулам). Обычно это время t ~ 5-100 нс для лёгких газов и t ~ 200-500 нс - для тяжёлых. Длительность лазерного импульса ~ 1-30 нс. Обычно подсветка осуществляется вдоль электрич. поля (полупрозрачные или сетчатые электроды), поэтому трек частицы на фотоплёнке фиксируется в виде последовательности точек. Внеш. подсветка не только улучшает координатное разрешение между треками из-за меньших размеров объектов (видна только сердцевина стримера - керн, с макс. оптич. неоднородностью), но и увеличивает плотность п стримерных изображений (регистрируются каналы со слабым свечением).

Дальнейшее улучшение пространственного разрешения связано с голографич. съёмом информации при освещении С. к. импульсным лазером. При этом возможна более точная локализация трека, т. к. ядро изображения элементов трека в голограмме значительно меньших размеров, чем изображение того же элемента на обычной фотографии (табл.). При обработке голограммы появляется возможность восстанавливать трёхмерное изображение трека (см. Голография [2]).

Характеристики методов регистрации в стримерных камерах [Не (70%) + Ne (30%), р = 1 атм.]

Примечание. -среднеквадратичное отклонение центров стримеров от трека; -точность локализации трека.

Улучшение координатного разрешения можно достичь в С. к. высокого давления, т. к. размеры лавины с увеличением р уменьшаются. Диффузия электронов до подачи импульса, определяющая разброс центров стримеров от трека, также уменьшается с увеличением давления В миниатюрных С. к. высокого давления размером 40 х 40 X 5 мм³, работающей на смеси Ne (90%) + Не (10%) при р = 20 атм, получены стримеры диам. 50 мм, при мкм, ширине трека ~ 100 мкм, п = 2-4/мм [3]. Напряжённость электрич. поля в таких С. к. достигает 330 кВ/см. Регистрация треков обычно ведётся с помощью, электронно-оптических преобразователей, световой сигнал с к-рого через волоконный световод попадает на фотоплёнку. Благодаря малым размерам камеры и небольшому изображению на фотоплёнке достигается повышенная разрешающая способность.

Недостаток С. к. высокого давления с высоким разрешением - малая глубина резкости. Для обычной оптич. системы глубина резкости D и разрешение R связаны соотношением , где - длина световой волны. При разрешении объектов размером 20 мкм D = 2 мм. Для голографич. съёма информации глубина телеграфирования, где d - диаметр объекта, l_к - длина когерентности. Для лазерного излучения l_к может составлять несколько см. При d = 20 мкм = 0,5 мкм, l_к= 1 см, D = 1,3 м. Т. о., голографич. съём информации увеличивает глубину резкости, а также позволяет увеличить загрузку С. к. в 10-100 раз за счёт равномерного распределения частиц по глубине камеры. Для С. к. высокого давления (13 атм) диаметром 50 мм п толщиной 23 мм, работающей на смеси Не (90%) + CH₄ (10%), было получено разрешение 25 мкм, что соответствует диаметру стримера [4].

Лит.: 1) Chikovani G. E., Roinishvili V. N.. Мikhailov V. A., Operation mechanism of the track spark chamber, «Nucl. Instr. and Meth.», 1964, v. 29, p. 261; 2) Бартке В., Иванов И. Ц., Применение голографии в трековых детекторах высокого пространственного разрешения, «ЭЧАЯ», 1986, т. 17, в. 3, с. 546; 3) Dine M. и др., Search for shortlived particles using a high-resolution streamer chamber, «FNAL proposal», 1976, № 490; Sandweiss J., The resolution streamer chamber, «Physics Today», 1978, October issue, p. 40; 4) Eckardt V., Wenig S., Development of a smalle highpressure streamerchamber for charm-lifetime measurements, «Nicl. Instr. and Meth.», 1983, v. 213, p. 217; 5) Eckardt V. et al., A holographic high pressure streamer chamber, «Nucl. Instr. and Meth.». 1984, v. 225, p. 651. С. В. Головкин.

   <<      Предметный указатель      >>