Способ фотографической регистрации заряженных частиц Советский патент 1987 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к экспери- ментальньм методам ядерной физики, а именно к способа.м трековой регистрации ионизирующего излучения, и наиболее эффективно может быть использовано в физике элементарных частиц высоких энергий.

Изобретение является усовершенствованием авт.св. СССР № 1256555.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок и улучшения пространственного разрешения.

Согласно заявленному предложению, предварительно измеряют время захвата электронов на мелкие ловушки, а параметры импульса электрического поля U,(t) поддерживают в соответствии с соотношением

бр

t i:

О

т, - t, - t, 7-S,

,

где t,

- длительность переднего фронта импульса U,(t); длительность заднего фронта импульса U(t); полная длительность импульса (t);

время ионной релакса1щи поля в эмульсионных микрокристаллах;

время захвата электронов на мелкие ловушки; время между моментом прохождения частицы и нача-: лом импульса U,(t). Сущность изобретения заключается в следующем. При действии на эмульсию импульса U,(t) напряженность электрического поля в эмульсионных микрокристаллах изменяется по закону

)

t. т, -Р t„,,, 4. Ь.(

Так, например, для наиболее распространенного экспоненциального закона изменения импульса со временем U.(t)

u: (1-е

--t/i

)

E,kU::.-V(e

T - 7Г

a/iTf

-

Cp- t-,

где T, - постоянная времени нарастания переднего фронта импульса rj,(t),

полная длительность переднего фронта при этом может быть принята t| к (2-3) t,. Напряженность Е, суммарного электрического поля (внешнего минус поляризационного), как видно из (1), (2), вначале возрастает, а затем уменьшается, достигая в момент

(3)

10

1Г

20

25

30

)

45

55

I.W

К1

35

40

50

своего максимального значения Е В этот момент также может происхо- дить срыв электронов с мелких ловушек и их мультипликации с коэффициентом М, ехрГбб(Е ц, d), приводящая к увеличению чувствительности эмульсии. В мелкозернистых эмульсиях, к которым относятся ядерные эмульсии, величина М, ненамного отличается от единицы, поэтому получаемое увеличение чувствительности, не имеет практического значения. Однако действие импульса U,(t), складьшаясь с повторной мультипликацией электронов вблизи вершины импульса, может привести к увеличению М в М, раз, так что в предлагаемом способе М М,М. Одна- .ко для этого необходимо вьшолнение ряда условий, необязательных в основном изобретении и налагающих дополнительные ограничения на параметры импульсов U,(t)HU(t).

Во-первых, учитывая пороговую зависимость величин п от напряженности электрического поля, для эффективного срьта и мультипликации электронов импульсом Uj(t) необходимо, чтобы напряженность суммарного поля Е,, (t) незначительно отличалась от напряженности внешнего поля U,(t) по крайней мере в первые моменты времени, . т.е. на переднем фронте импульса U,.(t). Это возможно, если нарастание импульса и,(t) происходит значительно быстрее изменения внутреннего поляризатщонного поля, т.е. при условии t, « €р , где t, - длительность переднего фронта импульса U(t) В ядерных импульсах обычно Ср «100- 200 НС, поэтому импульс U,(t) должен

иметь полную длительность Т I мкс и длительность заднего фронта t, 20-30 НС в соответствии с формулой основного изобретения, at, 20-, 30 НС, т.е. иметь вид близкий к прямоугольному с минимальным спадом i плоской вершины импульса.

Во-вторь1х, поскольку свободные электроны за время 1ГГ + не.

что много меньше реально возможных значений t l , уносятся началом фронта импульса и, (t) на границу микрокристалла и не испытывают мультипли- кацию, необходимо, чтобы к моменту времени t заметная часть свободных электронов была захвачена на мелкие электронные ловушки, срыв с которых происходит в сильном поле вблизи вер- 10 шины импульса U,(t) (при условии t, : С р ). Этому требованию соответствует условие tfl «Гдд , где о - время захвата электронов на мелкие ловушки. Поскольку С зависит от 15 типа эмульсии, его необходимо заранее измерять, например по экспериментальной зависимости п от t, которая имеет вид

n.(,«(), .

где А - константа;

Т - время памяти эмульсии, причем Т С,.

Наконец, по тем же причинам в те- 25 чение времени между первой мультипликацией импульсом U,(t) и началом резкого изменения напряжения на заднем фронте импульса U,(t) большая

равенстве абсолютных значений V и и как в основном, так и в предлага

емом способе

1,

и

3 k

iU и - и 1

и и

iU и - и If ./linv

ri -Гт 3

2Е, kU

m

где и и , ,+ иТ ;

и u7 + и;; .

На чертеже изображена экспериментальная зависимость вероятности проявления tfE эмульсионных микрокристаллов при облучении эмульсии протонами с энергией 200 МэВ от величины и(и ) (А - для основного изобретения В - для предлагаемого способа).

Эмульсия со средним размером микрокристаллов d 0,387 мкм и k 44,7 , нанесенная на лавсановую подложку, экспонировалась в импульсном пучке протонов с энергией часть первичных и вторичных (от пер- 30 200 МэВ длительностью 80 не. Спустя вой мультипликации) электронов долж- время tj, 0,5 мкс после протонного

импульса к эмульсии прикладывали биполярный импульс электрического

на быть опять захвачена на мелкие ловушки, т.е. должно вьшолняться условие Т, ,- t l - t, од,.

Другим преимуществом изобретения 35 является возможность сниж ения амп-.. литуд прикладьшаемого к эмульсии потенциала и , и и 2. при сохранении характерного для основного изобретения значения п. Степень снижения амплитуд можно оценить, принимая во внимание, чт.о коэффициент ударной ионизации в бромиде серебра в полях л/10 В/см приближенно описывается пороговой зависимостью

oi« «6о(Е,/Еп - I), (4)

поля со следующими параметрами: Т, 5 мкс; , не; ,

-Si 360 НС (t/ ft 1 мкс) - и проявляли Была получена изображенная на черте же зависимость А. После этого экспонировали однотипную эмульсию, незна- 40 чительно отличающуюся от первой эмульсии только средним размером микрокристаллов d 0,426 мкм, так что d /d 1,5. .Вследствие этого отличия сравнение результатов проводе дилось не для п.., а для вероятности

Ч Э6 проявления Cf- Hg/N, где 7

где Ыо - константа;

Ер SS 0,66 МВ/см; Тогда.из равенства М М получаем:

.,.(S|i--,)d.4 ; yr:-i-ur:).,a

qS() - ,е.

где штрих означает значения потенциалов в предлагаемом способе. Так как наилучшие результаты достигаются при

равенстве абсолютных значений V и и как в основном, так и в предлагаемом способе

1,

3 k

и - и 1

и

и - и If ./linv

-Гт 3

2Е, kU

m

где и и , ,+ иТ ;

и u7 + и;; .

На чертеже изображена экспериментальная зависимость вероятности проявления tfE эмульсионных микрокристаллов при облучении эмульсии протонами с энергией 200 МэВ от величины и(и ) (А - для основного изобретения В - для предлагаемого способа).

Эмульсия со средним размером микрокристаллов d 0,387 мкм и k 44,7 , нанесенная на лавсано

поля со следующими параметрами: Т, 5 мкс; , не; ,

-Si 360 НС (t/ ft 1 мкс) - и проявляли. Была получена изображенная на чертеже зависимость А. После этого экспонировали однотипную эмульсию, незна- чительно отличающуюся от первой эмульсии только средним размером микрокристаллов d 0,426 мкм, так что d /d 1,5. .Вследствие этого отличия сравнение результатов прово дилось не для п.., а для вероятности

Ч Э6 проявления Cf- Hg/N, где 7

полное число пересекаемых частицей на единице длины пути микрокристалло|в

бромида серебра, Эбу - объемная концентрация бромида серебра. Предвари- тельно по зависимости Cfg (t) измеряли время захвата электронов на мелкие ловупоси С : 200 не. Длительность переднего фронта импульса U,(t) при этом была сокращена до tj 70 НС. Время памяти эмульсии составляло Т 15-20 МКС, время ионной релаксации « 150 - 200 не. Для

этих условий была получена зависимость В.

Как видно из чертежа, при одинаковых значениях перепада напряжения U во втором случае ср оказывается в 2-4 раза больше зависимости от величины Ц) . С другой стороны, во втором случае суммарное значение прикладьша- емого потенциала, следовательно, амплитуда каждого из импульсов U,(t) и U(t) может быть уменьшена в 1,33 раза, или на 25%. Расчетное значение uU/U, получаемо.е с учетом ра з- ницы в среднем размере микрокристал- лов из соотношения

uU (ky/Ej -l)d7d +2 и 3/2 kU7E

0,22

хорошо совпадает с экспериментальным

&U. значением --и 51сси

и 60 кВ, и 45 кВ).

0,25 + 0,04 (для

Таким образом, предлагаемое усо- веря енствование способа, фотографической регистрации заряженных частиц позволяет в 4-16 раз увеличить предельно допускаемые загрузки либо на 25/0 уменьшить прикладьгоаемое к эмульсии напряжение.

,

Формула из обретения

Способ фотографической регистрации заряженных частиц по авт. св« № 1256555, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок и улучшения пространственного разрешения, предварительно измеряют время захвата электронов на мелкие ловушки, а параметры импульса электрического поля U,(t) поддерживают в соответствии с соотношениями

t; «

Р 1- ( -м

fce « .

где t - длительность переднего фронта-, импульса U,(t); длительность заднего фронта

импульса и,(t); Т , - полная длительность импульса

U,(t);

€р- время ионной релаксации поля в эмульсионных микрокристал- : лах;

гГ(ц - время захвата электронов

на мелкие ловушки;

0 время между моментом прохождения частицы и началом импульса U,(t).

ее

as

аи

аз

аг

(L1

15

so

Составитель Б.Рахманов PjiiKTop М,Циткина Техред М tflHAbiK Корректор О.Кравцова

Заказ 6400/35 Тираж-730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий -113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

S5

so

S5 и, ив

Изобретение относится к фотографическим методам регистрации заряженных частиц. Целью изобретения является расширение диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок и улучшения пространственног- го разрешения. Цель достигается тем, что управление чувствительностью ядерной эмульсии производится приложением к эмульсии биполярного импульса электрического поля в эмульсионных микрокристаплах в результате сложения внутреннего поляризационного поля, создаваемого первой частью биполярного импульса, с внешним полем от его второй части. Особенностью способа является использование можной незначительной мультипликации электронов также первой, поляризационной частью электрического импульса. Это позволяет увеличить предельно допустимые загрузки, улучшить пространственное разрешение и повысить надежность способа. 1 ил. i (Л со 9 СО О со :о гч