Пузырьковая камера Советский патент 1986 года по МПК G01T5/06 

Изобретение относится к технике эксперимента в области физики элементарных частиц и ядра, обеспечивающей визуализацию и фоторегистрацию следов заряженных частиц в жидких средах.

Цель изобретения - повышение эффективности пузырьковой камеры к регистрации процессов взаимодействия путем увеличения допустимой загрузки камеры пучковыми частицами при зданной частоте ее циклирования или повышения частоты ее циклирования при заданной загрузке камеры пучко,выми частицами.

На чертеже изображена блок-схема предпагаемой пузырьковой камеры (расположение элементов пузырьковой камеры дано в проекции на плоскость, определяемую направлениями освещения рабочего объема и расширения сжатия жидкости р рабочем объеме пузырьковой камеры).

Она содержит корпус 1 пузырьковой камеры, рабочий объем 2 которой заполнен жидкостью, стекла-иллюминаторы 3 в стенках корпуса камеры; подвижные элементы 4 в стенках корпуса камеры, предназначенные для обеспечения расширения - сжатия жидкости в рабочем объеме пузырьковой камеры; силовой привод 5 механизма расширения - сжатия; систему 6 управления и синхронизации; систему освещения, включающую импульсный источник света - лазер 7 и систему формирования светового потока 8, освещающего рабочий объем пузырьковой камеры: систему голографической регистрации следов частиц, включающую оптическую систему 9 формирования изображения следов частиц и фоторегистратор 10; систему 11 термостатирования: теплообменники 12, установленные в тепловом контакте с жидкостью в рабочем объеме пузырьковой камеры; трубопровод 13; сре 1ство 14 организации протока жидкости по замкнутому контуру; теплообменники 15, установленные в тепловом контакте с жидкостью в трубопроводе 13; клапаны 16.

По направления полета пучка частиц размещены детекторы пучковых частиц (на чертеже эти элементы не показаны ради упрощения) и рабочий обьем пузырьковой камеры. По направлению светового потока, освещающего

рабочий объем пузырьковой камеры, перпендикулярно направлению пучка частиц размещены импульсный источник света, оптическая система фор-

мирования светового потока, рабочий объем пузырьковой камеры, система . формирования изображения следов частиц и фоторегистратор.

Рабочий объем 2, трубопровод 13

и средство 14 прокачки жидкости составляют замкнутую в кольцо гидросистему, в которой благодаря работе средства для прокачки жидкости устанавливается циркулирующий поток

жидкости. Скорость этого потока жидкости устанавливается на уровне, при котором сохраняется ламинарность потока на участке рабочего объема пузырьковой камеры 2. В трубопроводе 13

установлены теплообменники 15, работа которых регулируется системой 11 термостатирования. На участках входа трубопровода 13 в рабочий объем 2 .установлены клапаны, назначение которых

отсекать рабочий объем 2 от объема трубопровода 13 на момент расширения жидкости в рабочем объеме 2.

Корпус 1 пузырьковой камеры и трубопровод 13 расположены так, чтобы

проток жидкости в рабочем объеме камеры был направлен по направлению всплытия пузырьков.

В качестве средства для организации протока жидкости по замкнутому

контуру в заявленном устройстве может быть применено одно из известных устройств, например гидротурбина.

В качестве клапанов в устройстве могут быть применены различные известные устройства, пропускающие

среду (жидкость) в случае отсутствия определенного уровня перепада давления и перекрывающие поток при превышении определенного уровня перепада

давления и под действием этого перепада давления, например, может быть использован пластинчатый клапан с перфорированными дисками, отверстия в которых не совпадают. При возникновении перепада давления такие диски входят в контакт друг с другом, и проток среда пер1екрывается.

Работа предлагаемого устройства заключается в следующем. Перед началом работы в рабочем объеме 2 пузырьковой камеры жидкость приводится к исходным значениям температуры и давления и при этом по замкнутому конJ 1

туру устанавливается циркулирующий поток жидкости. Схема 6 управления и синхронизации осуществляет управление силовым приводом механизма расширения - сжатия и в камере,, в ее рабочем объеме. При перемещении подвижных элементов в стенках корпуса 1 камеры осуществляются циклические изменения давления в жидкости от . верхнего значения до нижнего, определяемые режимом следочувствительности жидкости. Во время ее расширения клапаны запирают рабочий объем камеры, и жидкость останавливается. С началом облучения рабочего объема пузырьковой камеры пучковыми частицами система селекции по сигналам от электронных детекторов, установленных на пучке частиц, производит отбор событий (актов взаимодействия сследуемого типа) и в случае, кога такое событие происходит в рабоем объеме пузырьковой камеры, дает сигнал на фоторегистрацию этого события. По этому сигналу производится поджиг лазера, рабочий объем освещается потоком когерентного света и на фоторегистраторе регистрируется голограмма следов частиц, образованная с помощью системы 9 формирования изображения.

В результате прохождения пучковых частиц сквозь расширенную жидкость в рабочем объеме пузырьковой камеры; в жидкости образуются пузырьки вдоль траекторий заряженных частиц, и термодинамическое состояние жидкости нарушается: возникают неоднородности температуры, конвективные потоки. Задача восстановлени я термодинамического состояния жидкости в рабочем объеме к очередному циклу расширения - сжатия решается за счет вытеснения жидкости между циклами расширения из рабочего объема в трубопровод и замещения вытесненной жидкости на обновленную с заданным термодинамическим состоянием, что дает возможность ускорить процесс восстановления и, следовательно, повысить

875804

эффективность пузырьковой камеры. Введение теплообменников, расположенных вне рабочего объема пузырьковой камеры, дает возможность повы, сить эффективность теплообмена потому, что на тракте трубопровода нет ограничений на габариты теплообменников, в то время как размещение теплообменников в корпусе пузырькоtO вой камеры наталкивается на ряд противоречивых технических требований: теплообменники не должны экранировать световой проем в камере, необходимый для фоторегистрации следов,

15 не должны располагаться на пути пучковых частиц, не должны мешать расширению жидкости, не должны увеличивать паразитный объем и в то же время должны иметь развитую поверх2Q ность теплообмена.

Увеличение объема расширяемой жидкости за счет введения трубопровода влечет дополнительную нагрузку на механизм расширения - сжатия. Эту

25 дополнительную нагрузку можно сократить за счет введения клапанов, отсекающих на момент расширения жидкости излишнюю часть внутреннего объема, т.е. полость трубопровода.

Техническое решение остается работоспособным и в том случае, если из него изъять клапаны.Тогда смена жидкости в рабочем объеме будет происходить непрерывно. Но в этом случае возрастает объем расширяемой жидкости, увеличивается ход механизма расширения - сжатия.

Преимущества предлагаемой пузырьковой камеры заключаются в том, что для исследования известных процессов необходимая статистическая точность измерений может быть обеспечена при меньшем числе хщклов работы пузырьковой камеры и, сле;;ова.тельно,меньших затратах ускоритель-: ного времени; при обычном интервале времени облучения пузырьковых камер на ускорителях окажется возможной : регистрация более редких процессов взаимодействия частиц с веществом.

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, содержащая корпус с заполненным жидкостью рабочим объемом, стеклами-иллюминаторами и подвижными элементами системы расширения - сжатия жидкости, установленными в стенках корпуса кгше- ры, силовой привод механизма расширения - сжатия, систему освещения. систему голографической регистрации следов частиц, систему термостатирования, включающую теплообменники, установленные в тепловом контакте с жидкостью в рабочем объеме пузырьковой камеры, схему управления и синхронизации циклической работой всех элементов пузырьковой камеры, отличающаяся тем, что, с целью повьш ения эффективности пузырьковой камеры, в нее введены трубопровод с размещенным в нем средством обеспечения протока жидкости, присоединенный к корпусу пузырьковой камеры и образующий вместе с рабочим объемом пузырьковой камеры замкнутый в кольцо контур, дополнительные теп(Л лообменники, установленные в тепловом контакте с жидкостью в трубопроводе, клапаны, установленные на вхоg де трубопровода в корпус пузьфьковой камеры, при этом форма трубопровода на входе в рабочий объем пузырьковой камеры имеет вид сопла, расширяющего00 ся в сторону рабочего объема пузырь ковой камеры. ел 00