Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
РЕНТГЕНОЭМУЛЬСИОННАЯ КАМЕРА

РЕНТГЕНОЭМУЛЬСИОННАЯ КАМЕРА

РЕНТГЕНОЭМУЛЬСИОННАЯ КАМЕРА - координатный детектор частицвысоких энергий, позволяющий определить энергию частицы (пар (см. Электронно-фотонныеливни).

Электронно-фотонные каскады регистрируются по суммарному фотогр. действиюпучка каскадных электронов на рентг. плёнку, помещённую на нек-рой глубине t в плотном поглотителе (обычно Рb или Fe). При достаточно большойэнергии первичной частицы п достаточной степени развития каскада число каскадных электронов . на глубине t бывает столь велико (рис. 1), что вызванное имискрытое изображение после проявления даёт пятно потемнения, видимое невооруж. <глазом. Размеры пятна определяют п пространственную разрешающую способностьР. к. для регистрации отд. частиц, к-рая в ср. ~100 мкм. Видимое пятнопотемнения позволяет не только легко обнаружить место прохождения частицы, <но п определить фотометрированием, т. к. степень его потемнения зависит от числа каскадныхэлектронов, а следовательно и от величины .

Рис. 1. Каскадные кривые; зависимость числа частиц N (сплошные линии, <левая шкала) и интегрального потемнения D_R (штриховые линии, <правая шкала) в круге радиуса Д = 50 мкм от глубины t в свинцовом поглотителедля разных значений энергии -кванта

Количественной мерой потемнения при фотометрировании служит величина , где I₀ и I - интенсивности светового пучка, <проходящего через диафрагму фотометра без пятна потемнения и с ним. Существуетнеск. методов определения энергии по фотометрич. измерениям. Наиб. широко используется интегральное потемнение на глубине t, измеренное с помощью круговой диафрагмы радиуса . (иногда применяются диафрагмы с прямоуг. щелью). Связь между D_R и определяется свойствами эмульсии, к-рые характеризуются кривой почернения D(n) - зависимостью потемнения малого элемента площади от плотности п электронов, прошедших через этот элемент, п пространственным распределениемплотности электронов в каскаде на глубине t (r - расстояние от оси каскада,- азимутальный угол в плоскости, перпендикулярной оси каскада). Интегральноепотемнение D_R при вертикальном падении равно:

Для определения эксперим. значения D_n сопоставляются с вычисленными поф-ле (*), в к-рой рассчитывается теоретически, а кривая почернения аппроксимируется ф-цией , где s - эфф. площадь зерна эмульсии, D _макс - макс. <потемнение, до к-рого может быть засвечена плёнка (при бесконечно большойэкспозиции). Т. к. с ростом п при переходе к области насыщения погрешностьопределения n, а следовательно, и резко возрастают, для расширения диапазона измеряемых энергий иногда используютодновременно рентг. плёнки двух типов - большой (1 )и малой (2 )чувствительности (рис. 2).

Рис. 2. Кривые почернения для рентгеновских плёнок РТ-6М (верхняякривая) и РТ-СШ (нижняя).

В случае ТэВ при вычислении следует учитывать влияние многократного рассеяния на сечения осн. процессов(тормозное излучение, образование электрон-позитронных пар), ответственныхза развитие каскада в области больших энергий (эффект Ландау - Померанчука- Мигдала). Использование рентг. плёнок для количественных измерений требуетвведения поправок, учитывающих конструкцию реальных Р. к., слоистость поглотителей, <воздушный зазор между Рb и фотоэмульсией н др. Точность определения энергиичастиц Р. к. ~15-50%.

Р. к. помимо энергии частицы позволяет определить угол падения каскада. <Рентг. плёнка покрыта о двух сторон слоями эмульсий, разделёнными расстоянием200-250 мкм, поэтому угол падения можно определить по относит. смещениюпятен в эмульсионных слоях. Возможно и использование двух разл. плёнок, <разделённых нек-рым промежутком с точным фиксированием их взаимного расположения. <Точность измерения зенитного угла ~3° и азимутального

Наряду c интегральным потемнением D_R для определения используют сканирование области потемнения фотометрия, ячейкой малого размерас последующей обработкой сканограммы на ЭВМ.

Метод Р. к. позволяет создавать детекторы большой светосилы с высокимипространственным и угловым разрешениями, площадью в сотни и тысячи м ² и временем непрерывного набора статистики ~1-2 года. Р. к. применяют вэкспериментах с космическими лучами, где интенсивность первичныхчастиц мала и быстро спадает с энергией.

Р. к. можно разделить на 3 типа: Р. к. для регистрации -квантов, <электронов и позитронов; Р. к. для регистрации адронов; Р. к. для мюонов. Р. к. 1-го типа (т. н. Г-блок) представляют собой свинцовыефильтры, под к-рыми помещаются один или неск. слоев рентг. плёнки. Толщиныфильтров подбираются так, чтобы слои плёнки находились вблизи максимумакаскадных кривых для изучаемого диапазона энергии (рис. 1).

Рис. 3. Регистрация адронных взаимодействий в атмосфере; сплошныелинии - адроны, штриховые линии - -кванты; клетчатые полоски - свинец; утолщения на концах линии - электронно-фотонныекаскады.

В Р. к. для изучения адронов (H -блок) включён слой лёгкого вещества(обычно С), в к-ром не происходит заметного развития электронно-фотонногокаскада, но адроны испытывают ядерные взаимодействия, а возникающие приэтом -кванты(в осн. от распада ) детектируются в расположенном ниже регистрирующем блоке, аналогичномГ-блоку. Для эфф. регистрации адронов толщина Р. к. должна составлять неменее 1-2 пробегов до взаимодействия, т. е. Р. к. должна быть достаточноглубокой. При исследовании адронных взаимодействий мишенью служит либовещество самой Р. к., либо слой плотного вещества, либо слой атмосферынад Р. к. (выбор мишени определяется интервалом изучаемых энергий). В последнемслучае обычно используется сочетание Г-блока и расположенного ниже H-блока(рис. 3). Продукты взаимодействия энергичной частицы с ядром атома воздухапредставляют собой смесь заряж. адронов и -квантов(с примесью электронов), приходящих практически параллельным пучком и регистрируемыхв Р. к. в виде группы пятен потемнения («семейств», рис. 4). Т. к. времяэкспозиции велико, то в случае необходимости временной селекции «семейств»или др. событий применяется Р. к., в к-рой на одной глубине используются2 слоя плёнки, один из к-рых через определ. интервалы времени передвигаетсяотносительно другого с соответствующей «меткой времени».

Рис. 4. «Семейство» частиц высокой энергии.

Для регистрации мюонов больших энергий в Р. к. используются -кванты тормозного излучения, т. к. в тяжёлом веществе, где , их испускание - осн. процесс передачи энергии мюоном -квантам. <Тормозное излучение с большой точностью описывается квантовой электродинамикой, <поэтому можно уверенно и однозначно переходить от энергетич. и угл. распределенийфотонов к распределениям для мюонов. Сечение тормозного излучения мюонамало, поэтому детектор представляет собой глубокую (40-60см) свинцовую Р. к. с мн. слоями (через 1-2 см) рентг. плёнки. Такие многослойныеР. к. только из свинца служат и для регистрации адронов, однако в этомслучае (в отличие от H-блока со слоем С) объём используемой плёнки и обработкивозрастает, хотя информация оказывается более детальной.

Лит.: А м и н е в а Т. П., и др., Исследование мюонов сверхвысокихэнергий. Метод рентгеноэмульсионных камер, М., 1975; Байбурина С. Г и др.,Исследование ядерных взаимодействий в области энергий 10¹⁴-10¹⁷ эВ методом рентгеноэмульсионных камер в космических лучах (эксперимент«Памир»), «Труды ФИАН», 1984, т. 154, с. 3. В. М. Максименко.