Способ регистрации треков заряженных частиц Советский патент 1985 года по МПК G01T5/12 

Предлагаемое изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики и наиболее эффективно может быть использовано для регистрации треков заряженных частиц в стримерных камерах в экспериментах на ускорителях.

Известны способы регистрации треков заряжённых частиц с помощью различных трековых детекторов - камер Вильсона, пузырьковых и искровых камер и т.п. lj. В этих способах след частицы в веществе, состоящий из электронов, ионов и возбужденных атомов (молекул) визуализируют, воздействуя на вещество электрически (искровые и стримерные камеры), механически (пузырьковые камеры) или химически (ядерные фотоэмульсии) ,, после чего видимый трек фотографируют.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ регистрации треков заряженных частиц, заключающийся в том,-что на электроды камеры, наполненной неоном или смесью Хеногал, подают импульс высокого напряжения и фотографируют образующиеся на электронах треки стримера 2.

В этом способе стримерную камеру представляющую собой двух- или трехэлектродную плоскопараллельную систему, наполняют газом, как правило, при атмосферном давлении, и, спустя 200-300 НС после пролета частицы по сигналу триггерных счетчиков на электроды камеры подают короткий (10-30 не) импульс высокого напряжения. Двигаясь в электрическом пол с напряженностью кВ/см, электроны трека инициируют лавины. Каждая лавина по достилсении критической концентрации ионов переходит в стример-светящийся сгусток плазмы развивающийся вдоль направления элетрического поля. В момент окончания развития стримера (этот момент обычно с точностью до нескольких не совпадает с моментом окончания высоковольтного импульса) цепочку трмеров на треке частицы фотографирую фотокамерой. Описанный способ обладает рядом преимуществ по сравнению с известньми аналогами (быстродействие, управляемость, изотропность) и является базовым объектом.

Основной недостаток описанного способа регистрации треков частиц заключается в следующем. Стример в момент фотографирования содержит Ne электронов, N4. положительных ионов и N возбужденных атомов неона. Свечение стримера обусловлено в основном высвечиванием возбужденных атомов, так что число высвеченных квантов а средняя яркость стримера (отношение N к проекции площади стримера), которая определя возможность его фотографирования, пропорциональна приблизительно кубу его длины 2 . Так как точность измерения координаты отдельного стримера в плоскости, параллельной электрическому полю, составляет .0,12, стараются уменьшать размер стримера путем укорочения длительности высоковольтного импульса или уменьшения его амплитуды. Однако при этом яркость стримера резко падает и в конце концов становится недостаточной для его фотографирования даже при использовании усилителей света - электронно-оптических преобразователей. Это обстоятелство ограничивает точность измерения координаты величиной О,2 мм. Между тем целый ряд задач физики элементарных частиц требует в несколко раз более высокой точности.

Цель изобретения -увеличение точности измерения координат треков заряженных частиц.

Цель достигается тем, что в известном способе регистрации заряженных частиц, заключающемся в том, что на электроды камеры, наполненно неоном или смесью Хеногал, после прохождения части-цы подают, импульс высокого напряжения и фотографируют образующиеся на электродах треки стримера; после окончания высоковольтного импульса рабочий объем камеры перпендикулярно направлению электрического поля освещают импульным пучком излучения с длиной волны соответствующей резонансному переходу атома неона с метастабильного уровня 35 l/2J2Ha возбужденный уровень 3pp/2J3 производят фотографирование перпендикулярно направлению излуче-ния, а также тем, что рабочий объем камеры освещают импульсным пучком от лазера с перестраиваемой длиной волны. Для наполнения стримерных камер используют благородные газы (неон, гелий, аргон, ксенон) или их смеси а также азот и углекисльй газ. Наиб лее часто используется чистый неон или смесь 70% неона и 30% гелия (смесь Хеногал). В результате высвечивания возбужденные атомы газа, находящиеся в стримере, за время с переходят как в основное, так и в метастабильные состояния, имеющие время жизни с. В конечном итоге через время (2-3)f после окончания развития стримера (время развития стримера в стримерных камерах составляет /-10 с) приблизительно половина всех возбужденньо атомов оказывается в наинизшем метастабильном состоянии. Из перечисленных выше газов только неон имеет такой возбужденный уровень , переход мс которого возможен только на нижележащий метастабильный уровень Зэ Причем такой переход осуществляется за время с (характерное для неметастабильных уровней время жизни). I Таким образом, если на атом неон находящимся в метастабильном состоя нии Зз , падает параллельньй поток квантов, длина волны которых соответствует резонансному переходу Зр ( 640, 2246 нм), то такой атом будет эффективно рассеивать эти кванты по различными углами относительно направления первичного потока в резул тате многократного резонансного поглощения и высвечивания при обратном переходе 3 2/21 Зз l/ Если первичный поток квантов создавать лазером с перестраиваемой длиной волны, то вследствие высокой пространственной когерентности лазерного излучения при фотографировании перпендикулярно оси лазерного пучка будут регистрироваться только рассеянные метаста- . бильными атомами неона кванты плюс собственное излучение стримера. Так как обычно фотографирование производят вдоль электрического поля, лазерное излучение должно распространяться перпендикулярно электрическому полю. Если рассмотреть двухуровневую поглощающе-излучающую систему метастабильный атом - возбужденный атом в интенсивном световом потоке, то можно легко показать, что число резонансно рассеянных одним метастабильным атомом квантов 6p+f/C-)T w6p+tK Wdp-H/t W - плотность потока квантов, 1/см С; резонансное сечение возбуждения;10- см время жизни атома в состоянии ЗрС272 з i длительность лазерного импульса, с. Очевидно, что максимальное число рассеянных квантов маис Х.Т I f f , pt-if 7/см с или 6 m/слл Серийный лазер ЛЖИ-409 на красителях имеет мощность излучения до 0,5 МВт и Т 5-10 с, так что освещаемая лазером площадь может достигать /--10 см .При этом каждый метастабильный атом 35 , стримера Алйкс квантов, а весь рассеит NP «0,5 .Таким образом, стример размер стримера можно уменьшить в (0,5 п ) раз при сохранении яркости, характерной для прототипа. Для лазера ЛЖИ-409 длина стримера может быть доведена до 0,04 ыал, На чертеже изображена регистрация трека частицы с помощью резонансного поглощения и высвечивания. Частица пересекает рабочий объем стримерной камеры (СК), заполненной неоном или Хеногалом, после чего по сигналу триггерных счетчиков (ТС) на электроды камеры подают высоковольтный импульс, в момент окончания высоковольтного импульса камеру освещают пучком излучения с длиной волны, соответствукмцей резонансному переходу 3 s Cl/2j2 З р 2 .атома неона Л 640, 2246 нм. Рассеянные кванты регистрируют фоторегистратором (Ф) в направлении,перпендикулярном оси пучка.

511392726

Источником излучения может служить объектом) позволяет достичь точнослазер (л) с перестраиваемой длиной ти «Измерения координат треков частиц волны, например, лазер ЛЖЙ-409, около 0,04 мм. С другой стороны,

имеющий следующие основные, харак-5 экспериментах, где не требуется теристики: энергия излучения до- такая высокая точность, предлагаемое 2,5 Дж, длительность импульсаизобретение за счет увеличения яркос5,0 НС, диапазон настройки 265- ти стримера дает возможность отка1 100 им,ширина линии излучения 1 ,0; 0,1; заться от использования сложных и

0,01 им, расходимость 5-15 мрад.10 дорогих усилителей яркости изобраИредлагаемое изобретение по .жения и осуществлять прямое фотограсравнению с прототипом (базоным фирование трека.

1. СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТВД, заключающийся в том, что на электроды камеры, наполненной неоном или смесью Хеногал, после прохождения частицы подают импульс высокого напряжения и фотографируют образующиеся на электронах треки стримера, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения координат трека частицы, после окончания высоковольтного импульса рабочий объем камеры перпендикулярно направлению электрического поля освещают импульсным пучком излучения с длиной волны, соответствующей резонансному переходу атома неона с местабильного уровня на возбужденный уровень 3p 2V2jj. и производят фотографирование пер(Л пендикулярно направлению излучения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочий объем камеры освещают импульсным пучком от лазера с перестраиваемой длиной волны.