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

1

Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики и может быть использовано для проведв кия долгосрочных экспериментов в об ласти физики элементарных частиц и космических лучей, .

Известен способ трековой регистрации заряженных частиц, включающий создание постоянного электрического поля в некоторой области, заполненной газовой смесью. При этом после прохождения частицы через эту об- .ласть (называемую разрядной) вблизи .ее траектории развивается электрический разряд. Недостатком этого способ является то, что электрический разряд развивается после прохождения любой заряженной частицы, а это затрудняет выделение полезных событий.

Наиболее близким к изобретению по технической сзпцности является способ регистрации треков заряженных частиц, включающий создание импульсного электрического поля в разрядной области, заполненной газовой смесью, после прохождения через нее частицы. При этом создают однородное электрическое поле с напряженностью, пре- вышаю1Чей напряженность статического пробоя газовой смеси, и вблизи траектории формируется электрический разряд. Недостатком способа-прототипа является его сложность, связанная с созданием высоких напряженностей электрического поля. Поэтому для его технической реализации приходится разрабатывать газоразрядные трековые детекторы, рассчитанные на десятки киловольт, что усложняет конструкцию детекторов, делает их громоздкими и тяжелыми, снижает надежность и ресурс их работы,

Целью изобретения является упрощение способа регистрации треков заряженных частиц с помощью электрического поля.

Цель достигается тем, что при регистрации треков способом, включающим создание импульсного электрического поля в разрядной области, запоотсненной газовой смесью, после прохолздения через нее частицы, регистрацию треков заряженных частиц проводят при знакопеременном изменении напряженности электрического поля в импульсе с амплитудой импульса ниже напряженности статического про боя газовой смеси, длительностью в

пределах от С/Е

до Т и частотой

3686

изменения величины напряженности в импульсе в пределах от F, до , где С - постоянная величина, определяемая газовой смесью, 0 ямплитуда импульса напряженности;

Т - время жизни свободных электронов в газовой смеси; F, определяется выражением

o 7

1 Vgp(, о

V - Скорость дрейфа электронов в газовой смеси, зависящая в переменном электрическом поле от времени; В - длина разрядной области; Vg - скорость света в вакууме; L - наибольший размер разрядной

области. Основные параметры импульса -

амплитуда напряженности электрического поля EJJ, длительность импульса Т, частота изменения электрического поля в импульсе F - должны удовлетворять следующие условия:

1) Условие возникновения регистрируемого трека в разрядной области Е.о Т С или при заданной Е

Ё1 Т Т,

С - постоянная величина, определяемая газовой смесью;

время жизни свободных электЖронов в газовой смеси. 2) Условие отсутствия сноса элект роков в разрядной области

F, « F,где F, определяется выражением if,

S.,, о

V.

CKOpoctb дрейфа электронов;

9Р

В - длина разрядной области. 3) Условие однородности электрического поляво всейразрядной области

« F

2 )

F. - /Ц ,

скорость света в вакууме;

О

L размер разрядной области. Снос электронов лавины от места ионизации в среднем отсутствует изза знакопеременности поля, поэтому точность трековой регистрации частиц улучшается.

Частота изменения электрического поля в импульсе не должна быть больше F , иначе электрическое поле не будет однородным во всей разрядной 3 . области и, следовательно, регистрируемые треки частиц будут искажены. Однако при уменьшении частоты ниже F (см. условие 2) электроны в течение одного полупериода изменения электрического поля будут смещаться в результате дрейфа на величину, превы шающую размеры разрядной области, и погибать. При выполнении условия ука занный, сиос электронов отсутствует. В выражении для F, под знаком интег рала - скорость дрейфа электронов, которая является функцией времени, так как напряженность электрического поля изменяется во времени. Для получения регистрируемых треков необходимо с помощью электрического поля на следе частицы развить электронную лавину, стример или искру. Соотношение Ер Т С было получено экспериментально. Кроме того, указанное соотношение можно легко вывести из условия Ретера, если учесть, что при низких напряженностях (л, несколько кВ/см) первый коэффициент Таунсенда и скорость дрейфа электронов практически линейно зависят от напряженнос ти Электрического поля. Амплитуда импульса выбирается ниже напряженное ти статического пробоя. Однако, как можно видеть из условия 1, минимальное значение амплитуды должно быть больше величины С/Т.. Пример реализации предлагаемого способа трековой )регистрации частиц в искровой камере. Разрядная область камеры была заполнена неоном до .давления 1 атм и имела ширину 1 см. После прохождения заряженной частицы космических лучей через разрядную область на электроды искровой камеры подавался импульс знакопеременного напрясжения, вырабатываемого генератором. Параметры импульса: F 20 мГц, амплитуда напряженности поля Е, длительность Т. Искры в камере появлялись только в случае пролета частицы через разРЯДН ТО область искровой камеры и 86 при значениях Е и Т, приведенных в таблице. Ширина искр -v1 мм. Эффективность регистрации частиц 100%. Было зарегистрировано следование искры вдоль, траектории частицы. Известно, что напряжение статического пробоя неона 1 см при давлении 1 атм равно 4,8кВ. Амплитуда импульса напряжения при использовании известного способа трековой регистрации частиц в неоно- вых искровых камерах с длиной разрядной области 1 см превышает 7 кВ. Таким образом, проведение регистрации треков частиц с помощью импульсного электрического поля с амп- литудой импульса ниже напряженности статического пробоя газовой смеси позволяет упростить способ, и кроме того, создать газоразрядные трековые детекторы с .рабочими напряжениями в 10 раз ниже, чем при реализации известного способа. Характеристики треков, получен- ные предлагаемым способом, не отличаются от характеристик треков в базовом объекте. Это определяется тем, что процесс развития разряда при использовании предлагаемого способа качественно не изменяется, а лишь растягивается во времени. Однако упрощение способа регистрации треков частиц, связанное со значительным уменьшением амплитуды высо-ковольтных импульсов, дает преиму щества предлагаемому способу по срав- нению с базовым объектом в условиях работы, например, на борту ИСЗ, высотных аэростатах, а также при созДании детекторов частиц с низкими рабочими напряжениями и повышенной надежностью.

СПОСОБ РЕШСТРАЦИИ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЁННЫХ ЧАСТИЦ путем создания в разрядной области, заполненной газовой смесью, импульсного злектричес- кого поля после прохождения через нее частицы, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, регистрацию треков заряженных частиц проводят при знакопеременном изменении напряженности электрического поля в импульсе с амплитудой имхгуль- са ниже напряженности статического пробоя газовой смеси, длительностью в пределах от С/Ед до Т., и частотой изменения величины напряженности в импульсе в пределах от F, до Yo/L, где С - постоянная величина, определяемая газовой смесью; Е - амплитуда импульса напряженности; Т. - врекч ясизни свободных электронов в газовой смеси; F, определяется выражением