трековые детекторы частиц

ТРЕКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ЧАСТИЦ -- детекторы заряж. частиц и ядерных фрагментов, регистрация к-рых сопровождается появлением наблюдаемых следов (треков), повторяющих траекторию частицы или фрагмента. По этой причине Т. д. ч. часто наз. визуальными. К Т. д. ч. относят конденсационные (Вильсона и диффузионная) камеры, пузырьковую, стримерную и искровую камеры, ядерные фотоэмульсии и твердотельные плёночные детекторы. Механизмы действия Т. д. ч. разнообразны. В Вильсона камере и диффузионной камере - это конденсация пересыщенного пара на ионах, образованных ионизирующей частицей в газе; в пузырьковой камере - вскипание перегретой жидкости в точках высокого локального энерговьтделения на траектории частицы; в стримерной камере - появление пространственно локализованных слабосветящихся электронных лавин (стримеров) размером к-рые вырастают в сильном импульсном электрич. поле на сгустках ионизации, созданных в газе заряж. частицей. В искровой камере вдоль колонки лавин (стримеров) происходит искровой пробой, так что след представляет собой яркий тонкий плазменный шнур. Треки в ядерной фотографической эмульсии возникают вследствие активации ионизирующей частицей микрокристаллов AgBr и образования на них при последующем проявлении зёрен металлич. серебра. В диэлектрических детекторах (стёкла, слюда, лексан и нек-рые др. органич. полимеры) трек образуется в результате локального разрушения структуры материала сильно ионизирующей частицей, что выявляется в процессе травления.

Регистрация следов в Т. д. ч. производится прямым фотографированием (в конденсационных, пузырьковых, искровых камерах), фотографированием с предварительным электронно-оптич. усилением изображения (в стримерных камерах); с помощью микроскопа (ядерные фотоэмульсии и плёночные детекторы).

Следы однократно заряж. релятивистских частиц в большинстве Т. д. ч. имеют характерную структуру, т. е. состоят из отд. элементов (капелек, пузырьков, светящихся лавин, или стримеров, зёрен) и их сгустков. В искровой камере всегда (а в др. детекторах при большой плотности ионизации вдоль следа) треки представляют собой сплошные, почти бесструктурные образования.

Фотографии следов быстрых заряженных частиц в трековых детекторах: a - камера Вильсона; б-пузырьковая камера; в - искровая камера; г-стримерная камера; д -ядерная фотоэмульсия.

Малые размеры структурных элементов следа (ок. 1 мкм в ядерных фотоэмульсиях, 10-40 мкм в конденсационных и пузырьковых камерах, 0,05-1,0 мм в стримерных и искровых камерах) позволяют применять Т. д. ч. в качестве координатных детекторов (п о з и ц и о н н о-ч у в с т в и т е л ь н ы х) для измерения пространственно-угл. характеристик траекторий частиц, а также их импульсов (по отклонению в магн. поле). Изучение же многократного "рассеяния" трека и его структуры, т. е. числа или др. характеристик распределения элементов следа или разрывов между ними, даёт возможность судить о скорости и заряде частицы. Однако осн. достоинством Т. д. ч. является наглядность и достоверность регистрации пространств. картины взаимодействия частиц, в связи с чем Т. д. ч. нередко используют в качестве т. н. "вершинных" детекторов в крупномасштабных комбинированных системах детекторов.

К недостаткам Т. д. ч. относятся необходимость поиска событий и сложность анализа изображения следа. Автоматизация этих процессов сопряжена с трудностями, что сдерживает скорость просмотра и обработки больших массивов данных. Благодаря компьютеризации сбора и обработки информации различие между трековыми и др. детекторами заряж. частиц, обладающими мелкоячеистой структурой (многопроволочные пропорциональные камеры и дрейфовые камеры, сцинтилляционные детекторы на волокнах и стриповые полупроводниковые детекторы), стирается из-за возможности визуализации зарегистр)рованных ими координат следов на экране видеодисплея.

В развитии ядерной физики, физики элементарных частиц Т. д. ч. сыграли выдающуюся роль. С их помощью были обнаружены ядерные реакции и реакции взаимодействия и распада элементарных частиц, а также открыт ряд элементарных частиц - позитрон, мюон, заряж. пионы, странные и очарованные частицы. Т. д. ч. (за исключением конденсационных камер) широко используются и в совр. ядерно-физ. экспериментах.

Лит.: Беккерман И. М., Невидимое оставляет след, 2 изд., М., 1970; Fabian С., Fisher Н., Particle detectors, "Repts Progr. Phys.", 1980, v. 43, p. 1003; Leo W. R., Techniques for nuclear and particle physics experiments: a how - to approach, B.- fa. o.], 1987; Будагов Ю. А., Мерзон Г. И., Ситар Б., Чечин В. А., Ионизационные измерения в физике высоких энергий, М., 1988; Si tar В., Merson G. I., Chechin V. А., Budagov Yu. А., lonization measurements in high-energy physics, B.- [a. o.], 1993. Г. И. Мерзон.

   <<      Предметный указатель      >>