Способ фотографической регистрации заряженных частиц Советский патент 1988 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики, а точнее к способам трековой регистрации ионизирующего излучения, и наиболее эффективно может быть использовано S физике элементарных частиц в экспериментах на ускорителях.

Целью изобретения является упро- способа путем снижения требова- ния к предлагаемому к эмульсии напряжению.

Суть изобретения заключается в следующем. Если к эмульсии в момент времени t О прикладывают электри- ческое поле. V(t), то вследствие дрейфа междуузельных ионов Ag и вакансий в эмульсионных монокристаллах возникает поляризационное поле, направленное противоположно внешнему. При этом результирующая напряженность электрического поля внутри эмульсионных

выражается сооти-шкрокристаллов Е (t) ношением

E(t) E(t) - E(t),(1)

,t

E(t) XT expC-t/-; ) /E(t)

expCt/tp) dt;(2)

E (t) KV(t),

E (t) t-i

35

К

40

напряженность поляризационного поля; время ионной релаксации поля;

коэффициент пропорциональности, зависящий от диэлектрической проницаемости и толщины эмульсии и прокладок.

Пусть к эмульсии при t О приклаают постоянное электрическое по- 45 V . Тогда

поляризапионное поле (А) суьтируется с внешним импульсным полем, то есть

t

E.(t) -- + 4

t (7 e

dt.

v«(t)

(5)

Как видно из (5), в данном случае результирующая напряженность внутреннего электрического поля превышает напряженность электрического поля, создаваемую только импульсом V(t) (прототип) на величину К V или в

оо -, ,

i. раза при оптимальном условии V,

,,ГГ II t

,. где Vtj, - максимальное значение

импульсного потенциала. t

При нормальных температурах в ядерных эмульсиях tp 100 не, поэтому значительная часть получаемого выигрьша, как следует из (5), теряется в результате обратного дрейфа ионов в поле V,(t) и деполяризации микрокристалла. Кроме того, технически трудно осуществлять одновременное приложение к эмульсии постоянного и импульсного электрических полей, учи-, тывая их значительные амплитуды, приложение постоянного электрического поля на все время экспозиции (в современных экспериментах длительность экспозиции может составлять несколько дней и даже месяцев) увеличивает вероятность случайных пробоев, спонтанного вуалирования эмульсии и т.п. что снижает надежность способа.

Для предотвращения этого предлагается после приложения постоянного поля охладить эмульсию. Снижение температуры вызывает уменьшение подвижности и концентрации междуузель- ных ионов и вакансий, следовательно, увеличивается L

по закону

р ,„ . о Тэ rOj Л

Г

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, и в частности к способам трековой регистрации ионизирующего излучения с помощью эмульсий. Целью изобретения является упрощение процесса обработки эмульсии. Эмульсию охлаждают до температуры, меньшей максимальной рабочей температуры эмульсии. Введение такой операции позволяет снизить жесткие требования, налагаемьте на форму, длительность и амплитуду воздействующего на эмульсию электрического импульса. Поэтому могут быть использованы обычные импульсные источники питания. €

-t/ КУ„е Р

- е

-t|tf

)

(3) (4)

откуда следует, что спустя время t to внутреннее поляризационное поле практически полностью скомпенсирует внешнее поле V , так что при t иГр , 5 Е и О Е j И К V . Если теперь к эмульсии прикладывают импульсное электрическое поле Vjj (t) противоположной постоянному полю полярности, то

(6)

е L

к соответственно время ионной релаксации при Т и нормальной температуре Тд 293 К (20 С); температура эмульсии,

Ki

постоянная Больцмана, эВ/К.

слн т выбирают из условия

у

где t, - длительность экспозиции, то после охлаждения эмульсии постоянное электрическое поле можно вообще отключить. Тогда внутреннее поляризационное поле оказывается вмо,1

роженным в эмульсионные микрокрис- талли на все время экспозиции и всегда суммируется с внешним импульсным электрическим полем. Для получения такого же коэффициента уси ления чувствительности, как в прототипе достаточно, чтобы выполнялось условие

где Vy - амплитуда импульсного электрического поля в прототипе. Таким образом, как постоянныйр так и импульсный потенциалы, прикладывав- мые к эмульсии по изобретению, оказываются меньше, чем в прототипе. Поскольку созданное постоянным э тектрическим полем внутреннее поляризационное поле действует все время экспозиции, оно может приводить к регистрации треков частиц и в отсутствие импульсного электрического поля, что означает потерю зшравляемос- ти эмульсии. Поэтому величина постоянного потенциала не может быть ка- кой угодно относительно амплитуды импульсного поля. Увеличение чувствительности ядерных эмульсий в электрическом поле носит пороговый характер т.е. отсутствует при Е i Е

J Э- пор

По измерениям Е ЮР .э следовательно, необходимо, чтобы V Й;1,5У. Оптимальное соотношение :. достигается, когда V несколько мень

ше V, при этом вероятность случай

ного пробоя или коронирования минимальна.

Пример. Ядерную эмульсию располагают между пластинами из диэлектрика и зажимают между двумя плоскими электродами, один из которых заземляют. На второй электрод подают постоянное электрическое поле от выпрямителей ВС-20-10 (V кВ) или ВС-50-50 (У„ 50 кВ). Используют ядерную эмульсию типа РК и пластины из стекла СТФ-105, имеющие следующие характеристики: dg мкм.

,0, Е„й11, f- nen - мВ/см. Сог-- ласно изобретению V 42 кВ, , j, 28 кВ, оптимальными являются Х. 30 кВ, С 40 кВ.

После включения постоянного поля эмульсию охлаждают. Для эмульсии РК

0

-

0

0

5 5

0

5

0 5

при Т 293 К (2П°С)Г° TilOO не, откуда Тд К () и 96 К (-177°С) соответственно при t 5 1 сут и 1 мес.

Охлаждение эмульсии производят, либо прокачивая через полости в электродах хладагент, например фреон или пары жидкого азота, либо, что наиболее удобно и не требует специального термостатирования, погружая всю электродную систему вместе с эмульсией в стандартный дъюар с жидким азотом (77 К). В последнем случае жидкий азот играет роль диэлектрика, предотвращающего возникновение коронных и поверхностных разрядов. Температуре 77 К соответствует t , и йЗ- Ю с, т.е. охлаждение жидким азотом удовлетворяет любым реальным длительностям экспозиции.

После охлаждения эмульсии, на что при погружении в жидкий азот требуется несколько минут, постоянное электрическое поле отключают, высоковольтный электрод отсоединяют от выпрямителя и соединяют с импульсным источником питания. В качестве тако- ,го источника используют стандартные блоки питания импульсных лазеров, например лазера ЛГИ-21 .ДУц 40 кВ) ,- или импульсных рентгеновских генера- торов серии МИРА, После этого дъюар с эмульсией размещают в пучке заряженных частиц, импульсное электрическое поле прикладывают к эмульсии по сигналу от вьзделяющего полезные частицы или взаимодействия триггера, выход которого соединяют с входом внешнего запуска блока импульсного питания. После окончания экспо- зиции эмульсию извлекают из дъюара, отогревают и проявляют. Таким образом, прикладываемые к эмульсии потенциалы уменьшаются при оптимальных условиях в 2 раза по сравнению с известными. Упрощается процесс обработки эмульсии, поскольку охлаждение эмульсии снимает жесткие требования, налагаемые на форму и длительность фронтов электрического импульса. Поэтому могут быть использованы стандяртные обычные импульсные источники питания.

Формула изобретения

Способ фотографической регистрации заряженных частиЦ; заключающийся в том, что бромсеребряную эмульсию экспонируют в пучке заряженных частиц, после прохождения частицы к э fyльcии прикладывают Импульс электрического поля с амплитудой V , после чего эмульешо проявляют, отличающий с я тем, что, с целью упрощения способа, перед экспозицией к эмульсии прикладывают постоянное

электрическое поле V

1,5V

/I

противоположной импульсному ПОЛЮ полярности, эмульсию охлаждают до температуры Т f Т и постоянное электрическое поле отключают, причем температура Тд и длительность экспозиции t связаны соотношением

оТ

VT.

Ь ехр

0,42 Л

R

ч)

где t - длительность экспозиции,

J-0 - время ионной релаксации поля в эмульсионных микрокристал- лак при нормальной температуре Т 293 К (); Т - максимальная рабочая температура эмульсии. К, К - постоянная Больцмана, эВ/К.