Трековый детектор Советский патент 1988 года по МПК G01T5/10 

V

N)

Изобретение относится к устройствам для регистрации следов заряженных частиц, может быть использовано в физике элементарных частиц в экспериментах на ускорителях и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1328776.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок.

На чертеже изображена схема детектора. .

Детектор состоит из ядерной фотоэмульсии 1, электродов 2 и 3, источ- ника 4 импульсного напряжения, светонепроницаемой оболочки 5, газообразного или жидкого диэлектрика 6, триггера 7 и диэлектрических пластин 8. Элементы устройства связаны таким образом, что ядерная фотоэмульсия 1, расположенная между электродами 2 и 3, один из которых заземлен, а другой соединен с источником 4 импульсного напряжения, помещена в светонепрони- цаемую оболочку 5. Оболочка заполнена газообразным или жидким диэлектриком 6, а между ядерной фотоэмульсией 1 и электродами 2 и 3 установлены диэлектрические пластины 8, причем толщина диэлектрической пластины выбрана из соотношения

и

, п X и :d ос-(9р-- - d,),

2Е 2F

- Э Э

- прикладываемый к электродам 35

потенциал;

- толщина ялорной фотоэмульсии;

- напряженности пробоя ядерной 40 фотоэмульср и и диэлектрических пластин;

- относительные диэлектрические проницаемости ядерной фотоэмульсии и диэлектричес-45 ких пластин.

Трековый детектор работает следующим образом.

После прохождения полезной части- цы на электроды детектора поступает импульс напряжения, создающий в эмул)- сионных микрокристаллах Ар.Вг напряженность электрического поля - 10 В/см. В таких полях за счет ла- винного размножения электродов создаются условия, достаточные для образования центров скр)|того изображения.

на которых при появлении ядерной фотоэмульсии формируется трек частицы. Предельно допустимая загрузка детектора

1 22

т 1 1

I -(TF Пл - п 45 Sn

где п ,Пд - чувствительность ядерной фотоэмульсии с приложением электрического поля и без него, выражаемая линейной плотностью проявленных на треке частицы зерен;

S - глубина зрения просмотрового микроскопа (обычно

5 4-5 мкм);

п.. - объемная плотность зерен ..

вуали проявления (.Пц.

62- 10- MKM- ).

Чувствительность п является характеристикой ядерной фотоэмульсии и не зависит от приложенного электрического поля. Чувствительность п зависит от Е:

(E)d,; (2)

у .(I

2+еэ/е 5

г - у.)

э J

Оэ

где tt,(E) - коэффициент ударной ионизации;

d, - эффективный диаметр эмульсионных микрокристаллов; относительная диэлектрическая проницаемость эмульсионных микрокристаллов;

dg - толщина эмульсии;

Е - напряженность электрического поля в ядерной фотоэмульсии.

Как следует из (1)-(4), предельно допустимая загрузка в большой степен зависит от напряженности электрического поля. Поэтому при работе детектора прикладываемый к электродам потенциал выбирают таким, чтобы значение Eg было максимальным, т.е. близким к напряженности электрического пробоя ядерной фотоэмульсии Ер-,. Однако это приводит к снижению надежности детектора, так как в результате случайного пробоя ядерной фотоэмульсии детектор выходит из строя, поскольку при этом разрушается поверхность электродов, на месте пробо

f.

в ядерной фотоэмульсии образуется прс водящий канал, существенно понижа- юпи1Й Е , и при следующем после пробоя приложении электрического поля потенциал на электродах детектора уже не достигает рабочей величины. Кроме того, предельно допустимая загрузка в любом случае не может превысить значение, получаемое при Е Ерр.э.

Напряженность электрического поля в многослойной системе, представленной на чертеже:

Е Y

d,+e,/,(5)

Если Е Е„-, то при подаче на электроды детектора импульса напряжения происхолит локальный пробой ядерной фотоэмульсии и прикладываемый по- тенциал действует на удвоенную толщину диэлектрической пластин). Однако если при этом выполняется условие

V

п-

то пробой диэлектрической пластины и разрушение электродов не происходят. В этом случае детектор сохраняет работоспособность, поскольку при следу- ющем приложении электрического поля, хотя и происходит повторный пробой ядерной фотоэмульсии, однако он локализован в ослабленном месте ядерной фотоэмульсии, т.е. в области первого пробоя, падение потенциала на элект родах детектора отсутствует, так как сопротивление межэлектродного промежутка остается высоким. Вследствие того, что поперечные размеры пробоя составляют 10 мкм, что много меньше размеров детектора ( 1 см), при каждом срабатывании детектора выходит из строя незначительная по сравнению со всей ядерной фотоэмульсией ее часть.

Как следует из (5) и (6), рабочая напряженность электрического поля в ядерной фотоэмульсии, а следовательно, и в микрокристалле, в этом случа может быть увеличена в

§ILRi.1

.51

е

пр э

jg

15

25

35

jQ

40

45

50

раз по сравнению с детектором без диэлектрически:; пласти}). Соответственно увеличивается и предельно допустимая -чагрузка.

Если Е э пр э ° предлаг аемый детектор работает так же, как детектор без диэлектрических пластин, однако его надежность cyinecTBeHFio повышается, поскольку случайный пробой ядерной фотоэмульсии при выполнении условия С6) не приводит к выходу детектора из строя.

Экспериментально было показано, что для ядерной фотоэмульсии толщиной d, 200 мкм (Е 0,75 МВ/см) введение между ядерной фотоэмульсией и эпектродами диэлектрических пластин из лавсана ( ц МВ/см), толщиной d 20 мкм каждая увеличивает рабочую напряженность электрического поля приблизительно до 1,35 МВ/см, т.е. в 1,8 раза. Соотношение (7) дает увеличение напряженности электрического поля в ядерной фотоэмульсии в 1,75 раза. При этом детектор работает стабильно и вьщерживает многократное приложение электрического поля.

Формула изобретения

Трековый детектор по авт. св. № 1328776, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок, между ядерной фотоэмульсией и электродами установлены диэлектрические пластины, причем толщина d диэлектрической пластины выбрана из соотношения

и j (- и , .

.п - Рр. Э

где и - прикладываемый к электродам

потенциал; d, - толщина ядер}1ой фотоэмульсии;

Епр

и Е„., „ - напряженности пробоя ялерной фотоэмульсии и диэлрктричег- ких пластин;

6,и 6 - относительные диэлектрические проницаемости ядерно) фотоэмульсии и диэлектрических пластин.

Изобретение относится к устройствам для регистрации следов заряженных частиц и может быть использовано в физике элементарных частиц в экспериментах на ускорителях. Цель изобретения - расширение диапазона измере-ний путем увеличения предельно допустимых загрузок - достигается введением новых элементов. Трековый детектор содержит ядерную фотоэмульсию 1, расположенную между электродами 2, 3, один из которых заземлен, а другой соединен с источником импульсного напряжения 4, и помещенную в светонепроницаемую оболочку 5, заполненную газообразным или жидким диэлектриком 6. Увеличение предельно допустимых загрузок достигается введением между ядерной фотоэмульсией и электродами диэлектрических пластин, причем толщина диэлектрической пластины d, выбирается из соотношения (U/2Enpn) :d,6(E,/2g,)-(U/Epp -d,), где и - прикладываемый к электродам потенциал, d - толщина ядерной фотоэмульсии, ЕПО.Э и Е пр. п напряженности пробоя ядерной фотоэмульсии и диэлектрических пластин, 6э и „ - относительные диэлектрические проницаемости ядерной фотоэмульсии и диэлектрических пластин. 1 ил. О (Л