Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
СТРИМЕРНАЯ КАМЕРА

СТРИМЕРНАЯ КАМЕРА

СТРИМЕРНАЯ КАМЕРА - разновидность искровой камеры, в к-ройразряд, вызванный импульсом высокого напряжения, обрывается на стримернойстадии искрового разряда. С. к. представляет собой заполненный газомобъём, содержащий плоскопараллельные электроды. После прохождения заряж. <частицы, вызвавшей ионизацию газа вдоль траектории, на эти электроды подаётсякороткий импульс высокого напряжения, длительностью 12-20 нc, что обеспечиваетпрекращение развития разряда. Начальная стадия разряда - электронные лавины, <переходящие в стримеры (положительный и отрицательный) - узкие светящиесяканалы, газ в к-рых ионизован. Фронт стримера движется со скоростью до4*10⁶ м/с в полях ~ 30 кВ/см. Стримеры формируются вдоль электрич. <поля, стартуя от электронов начальной ионизации и обрываясь на длине внеск. мм. Стримеры, являющиеся самосветящимися объектами, фотографируютсяи после обработки фотоплёнки по ней определяют координаты треков частиц. <Впервые С. к. создана в 1963 Г. Е. Чиковани с сотрудниками и независимоБ. А. Долгошеиным с сотрудниками [1]. Чаще всего С. к. используют как магнитныеспектрометры с мишенью, расположенной в их объёме. С помощью С. к. <можно изучать взаимодействие частиц в газе, заполняющем камеру, а такжев мишенях из разных материалов, расположенных перед С. к. или в объёмекамеры. С. к. управляема - отбор событий осуществляется при помощи электронных детекторов. Она имеет малое время памяти (~0,5- 1 мкс), может работать в пучкахвысокой интенсивности (~ 10⁶ частиц/с) и способна регистрироватьдо 10³ частиц в 1 с. По контрастности изображения и разрешающейспособности С. к. уступают пузырьковым камерам, однако управляемостьпозволяет использовать их для исследования процессов, имеющих малые вероятности. <Мёртвое время С. к. составляет 10^-4 с. Иногда вместо фотографированияприменяют съём информации с помощью телекамер или приборов с зарядовойсвязью (ПЗС). Использование ПЗС позволяет увеличить быстродействиеприбора, а также значительно сокращает время обработки, т. к. информацияс ПЗС непосредственно подаётся в ЭВМ.

Обычно С. к. имеют размеры 1 X 0,5 х 0,5 м ³ (одна из самыхбольших И. к. имеет длину 8 м). В качестве газа используют Не, Н ₂,смеси Ne + He, Не + СН ₄, D₂ + СН ₄ придавлении р= 1 атм. Импульсные напряжения ~ 20 кВ/см. При р =1атм С. к. имеют низкое координатное разрешение, связанное со значит, размеромстримеров (диаметр ~ 1 мм, длина ~ 5 мм) и малой их плотностью (~ 10-12см ^-1).

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

Дальнейшее улучшение пространственного разрешения связано с голографич. <съёмом информации при освещении С. к. импульсным лазером. При этом возможнаболее точная локализация трека, т. к. ядро изображения элементов трекав голограмме значительно меньших размеров, чем изображение того же элементана обычной фотографии (табл.). При обработке голограммы появляетсявозможность 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 электроновдо подачи импульса, определяющая разброс центров стримеров от трека, такжеуменьшается с увеличением давления В миниатюрных С. к. высокого давления размером 40 х 40 X 5 мм ³,работающей на смеси Ne (90%) + Не (10%) при р= 20 атм, полученыстримеры 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 ведётсяс помощью, электронно-оптических преобразователей, световой сигналс к-рого через волоконный световод попадает на фотоплёнку. Благодаря малымразмерам камеры и небольшому изображению на фотоплёнке достигается повышеннаяразрешающая способность.

Недостаток С. к. высокого давления с высоким разрешением - малая глубинарезкости. Для обычной оптич. системы глубина резкости D и разрешениеR 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 несколькосм. 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 увеличитьзагрузку С. к. в 10-100 раз за счёт равномерного распределения частиц поглубине камеры. Для С. к. высокого давления (13 атм) диаметром 50 мм птолщиной 23 мм, работающей на смеси Не (90%) + CH₄ (10%), былополучено 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 голографиив трековых детекторах высокого пространственного разрешения, «ЭЧАЯ», 1986,т. 17, в. 3, с. 546; 3) Dine M. и др., Search for shortlived particlesusing a high-resolution streamer chamber, «FNAL proposal», 1976, № 490;Sandweiss J., The resolution streamer chamber, «Physics Today», 1978, Octoberissue, p. 40; 4) Eckardt V., Wenig S., Development of a smalle highpressurestreamerchamber for charm-lifetime measurements, «Nicl. Instr. and Meth.»,1983, v. 213, p. 217; 5) Eckardt V. et al., A holographic high pressurestreamer chamber, «Nucl. Instr. and Meth.». 1984, v. 225, p. 651. С. <В. Головкин.