Дрейфовая камера Советский патент 1978 года по МПК H01J39/29 

1

Изобретение относится к технической физике, а именно к проволочным координатным детекторам ускоренных элементарных частиц при экспериментальных исследованиях.

Известна дрейфовая камера, представляющая собой заполненную смесью газов определенного состава полость, внутри которой размещена плоская периодическая структура, образованная системой тонких проволок, натянутых одна параллельно другой. Элементарная ячейка этой периодической структуры состоит из сигнального элемента и симметрично расположенных относительно него двух дрейфовых промежутков, ограниченных расположенными по периметру прямоугольного сечения проволоками. На эти проволоки дрейфового промежутка подают распределенный электрический потенциал так, чтобы во внутреннем объеме получить однородное электростатическое поле, направленное к сигнальному элементу 1.

При нрохождении заряженных частиц через объем дрейфового промежутка, в газе вдоль траектории частицы образуется цеиочка электронов, которая под действием электростатического поля равномерно движется («дпейфует) к сигнальному элементу. В качестве сигнального элемента обычно используют тонкую (диаметром около 20 мк) проволоку; па нее подают положительный потенциал, достаточно высокий, чтобы вблизи проволоки в области высокой напряженности электрического поля под действием механизма ударной ионизации происходило размножение дрейфующих электронов.

Измеряя время между прохождением частицы и появлением электрического сигнала на сигнальном элементе и зная скорость дрейфа электронов в готовой смеси, определяют расстояние от сигнального элемента до места прохождения частицы, т. е. ее координату.

При высаживании электронного облака от размноженных электронов дрейфа на проволоке сигнального элемента появляется электрический сигнал.

Наиболее близка к изобретению дрейфовая камера, представляющая собой вытянутый параллелепипед, образованный натянутыми между двумя платами по периметру поперечного прямоугольного сечения тоикт1ми проволоками дрейфового промежутка; в геометрическом центре сечения натянут сигнальный элемент из пары близко расположениых проволок (1мм), лежащих по обе стороны плоскости продольной симметрии камеры. При ирохождении заряженной частицы в левом дрейфовом промежутке электронное сблачко высаживается на левой проволоке сигнального элемента, а при прохождении ее в правом дрейфовом промежутке - на правой, т. е. электрический сиг

нал однозначно определяет координату частицы 2.

Однако в такой дрейфовой камере несмотря на то, что электронный след достаточно строго сохраняет форму траектории частины на всем пути дрейфа, информация, ностунающая с одной проволоки сигнального элемента, не позволяет восстановить трек, а нозволяет восстановить всего лишь одну координату. Поэтому приходится набирать пакет из камер, что приводит к увеличению размеров экспериментальной установки. Кроме того, в этой камере на один сигнальный элемент требуется два канала электроники - ио одному на каждую из пары проволок. В работе участвует только один канал - либо левый, либо нравый, т. е. электроника используется наполовину. При этом значительные силы электростатического отталкивания между близко расноложенными проволоками сигнального элемента при увеличении длины камеры (длины проволок) требуют существенного усложнения конструкции сигнального элемента.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение возможности однозначного определения трека (а пе координаты) частицы, увеличение длины камеры и максимальное эффективное использование каналов электроники.

Указанная цель достигается тем, что сигнальный элемент дрейфовой камеры вынолнен многонроволочным, причем несколько сигнальных ироволок расположено последовательно по глубине камеры с чередующимся по шагу ноперечным смещением относительно плоскости симметрии камеры и вокруг каждой сигнальной проволоки размещены катодные нроволоки таким образом, что они образуют вершины равнобедренной транеции, средняя линия которой находится в плоскости симметрии.

Все ироволоки закреплены на двух рамочных каркасах, которые при помощи поперечных распорок прикреплены к внутренним сторонам охватывающего камеру тонкостенного металлического короба прямоугольного сечения, электроизолироваиного изнутри в областях высоких потенциалов, а торцы короба загерметизированы заглушками.

На фиг. 1 схематично изображена нредлагаемая дрейфовая камера, общий вид; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение; на фиг. 3 - центральная часть камеры и сигнальный элемент.

В нредлагаемой дрейфовой камере по обе стороны многоироволочного сигнального элемента расноложены промежутки, ограниченные нроволоками 1 по периметру прямоугольного сечения. Сигнальный элемент состоит из нескольких сигнальных тонких нроволок 2, подключенных через резисторы 3 к анодной ламели +U&. От сигнальных нроволок 2 имеются выводы к усилителям каналов электроники. В начале и в конце сигнального элемента расноложены анодные проволоки 4, также

подключенные к анодной ламели +:6а, но не имеющие выходов к усилителям. Сигнальные проволоки 2 окружены катодными проволоками 5, образующими вершины равнобедренной транеции. Все проволоки закреплены на двух нрямоугольных рамочных каркасах 6 из электроизоляционного материала, которые иоиеречными распорками 7 прикреплены к тонкостенному металлическому коробу 8 прямоугольного сечения, оклеенному изнутри электроизоляциоинымн нрокладками 9, защищающими короб в областях высоких потенциалов. Торцы короба загерметизированы заглушками.

Дрейфовая камера работает следующим образом.

На нроволоки 1 дрейфового промежутка подают постоянное напряжение, возрастающее от значения UQ на центральных до макс- на

крайних проволоках, например, нри помощи резнсторного делителя напряжеиия (как показано на фиг. 2 и 3). Катодные проволоки 5 соединяют между собой и с центральными проволоками дрейфового промежутка (на фиг.

3 одинаковыми цифровыми индексами нри потенциале и показаны нроволоки, соединенные между собой и находящиеся под одинаковым потенциалом). На анодные проволоки 4 и сигнальные проволоки 2 подают положительный

потенциал + f/a. В результате внутри дрейфовых нромежутков образуются электростатические однородные ноля напряженностью Е, направленные к сигиальному элементу дрейфовой камеры, а электростатические силы,

действующие на сигнальные проволоки 2, практически уравновешиваются.

При прохождении заряженной частицы через нолость дрейфового промежутка по ее траектории образуется цепочка свободных

электронов - трек (для примера на фиг. 3 такой трек показан пуиктиром). Под действием электростатического иоля напряженностью Е цепочка электронов дрейфует с постоянной скоростью справа налево и высаживается

участками носледовательно па все сигнальные проволоки 2 от нижней до верхней. Так как сигнальные проволоки расноложены со смещением, то при любом треке электрические импульсы на них появляются неодновременно,

н соответствующая электроника нозволяет восстановить трек в виде цифровой информации, Нригодной для дальнейшей автоматизироеаиной обработки при научных нсследованиях.

Преимущества предлагаемой дрейфовой камеры состоят в следующем;

а)одна ячейка дрейфовой камеры нозволяет однозначно восстановить полную проекцию трека частицы, давая не менее трех координат

при иснользовании всех каналов электроники;

б)каждая сигнальная проволока работает н на нравый и на левый дрейфовый нромежуток;

в)как показали эксперимептальные исследования, катодные электроды, окружающие

сигнальный электрод, позволяют уравновесить действующие на сигнальный электрод электростатические силы, в результате чего появляется реальная возможность увеличить длину элементарной ячейки дрейфовой камеры до 3 м и более, что очень важно для современных исследовательских установок.

Формула изобретения

1. Дрейфовая камера, выполненная в виде вытянутого параллелепипеда из тонких проволок, расположенных по периметру поперечного прямоугольного сечения, с сигнальным элементом в плоскости продольной симметрии, отличающаяся тем, что, с целью однозначного определения трека частицы при одновременном увеличении длины камеры, сигнальный элемент камеры выполнен многопроволочным, причем несколько сигнальных про;волок расположены последовательно по глубине камеры с чередующимся по шагу поперечным смещением относительно плоскости симметрии, а вокруг каждой сигнальной проволоки расположены катодные проволоки так, что они образуют вершины равнобедренной

трапеции, средняя линия которой находится в илоско-сти симметрии.

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что все проволоки закреплены на двух рамочных каркасах, которые при помощи поперечных распорок прикреплены к внутренним сторонам охватывающего камеру тонкостенного металлического короба прямоугольного сечения, электроизолированного нзнутри в областях высоких потенциалов, а торцы короба загерметизированы заглушками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Материалы международного совещания но методике проволочных камер. Дубна,

ОИЯИ, Д13-164, 1975, с. 38.

2.Walenta А. N. «Nucl Instr and Methods, 111, 1973, 467.

VTV --r; -v-rf f