Пузырьковая камера с двумя следочувствительными объемами Советский патент 1979 года по МПК G01T5/06 

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц с веществом по следам заряженных частиц в пузырьковых камерах с двумя следочувствительными. объемами.

Известны технические решения, относящиеся к пузырьковым камерам с двумя следочувствительными объемами, в которых применяются жидкости с близкими термодина,мическими свойствами, например, ксеном-этилен, водород и неон-водородная смесь Г.

В этих камерах оба объема разделены гибким элементом (мембраной), обеспечивающим синфазное изменение давления в обоих объемах.

Однако подобные конструкции пузырьковых камер непригодны для использования жидкостей с различными термодинамическими свойствами, когда требуется больший перепад давления и температуры между двумя объемами.

Ближайшим техническим решением является пузырьковая камера с двумя следочувствительными объемами и с двумя системами расщирения, содержащая силовой приВОД механизма расщирения и приспособление для передачи движения от силового привода к системам расширения обоих объемов камеры 2.

К недостаткам этой камеры относится нарушение синфазности изменения давления в обоих объемах, в процессе расщирения обоих объемов этой камеры мембраны перемещаются в сторону ограничителей их движения, при этом мембраны останавливаются не одновременно;

ограничение на диапазон регулирования перепада давления между объемами (например, нельзя создать давление в основном объеме камеры до расширения больще давления в объеме мишени, а после расширения наоборот).

Цель изобретения - повышение эффективности камеры путем расширения интервала изменения давления и температуры в обоих ее объемах и отношения степеней расширения заполняющих эти объемы жидкостей, а также повыщение синфазности изменения давления в этих объемах.

Для ЭТОГО объемы камеры ра.зделены жесткой теплоизолирующей стенкой, содержат независимые теплообменники, а системы расширения этих объемов кИНематически связаны друг с другом кинематической свя :3ью с регулируемыми параметрам й. / --Оба объема пузырьковой кал-Терьг могут быть по разному расположены друг относительно друга: один внутри другого или оба рядом, до соседст ву друг с другом Но во Ёс.ех случаях оба объема должны быть изолированы друг от друга, т.е. должны быть обеспечены перепадытемпературы и давленйя между ними. Очевидно, что перегородка между этими объемами должна бь1ть по Г.;5Шможност й тоньше, сШерЖать меньше ве Тцёства и меньше экранировать следУ час.- тиц от Объективов фотокамер. Расширение обоих объемов камеры изводится посредство однОГО Сй7ГрвОГопри вода механизма расширения, собственных устройств расширения каждого из двух объемов и устройства, для передачи движения от общего силового привода к устройствам расширения каждого из двух объёмовка мёрь1. - , Устройства для передачи движения от обшего силового привода механизма расширения камеры к устройствам расширения .е объемрв вк.лючают устройства для обес. печени.я связи между движениями расширительных устройств обоих объемов с тем, чтобы Движения этих устройств происходили одновременно и согласованно, а также - устройства для регулирования величины хода одного расширительного устройства по отношению к другому и начального и конечного положений расширительного устройства одного объема по отношению к положениям расширительного устройства другого объема. Устройства для передачи движения от силового привода .механизма расширения камеры к устройствам расширения ее объемов Иустройства связи между расширительными устройствами обоих объемов включают, -йапример; тяги, рычагиИ-заполненные га, зом или жидкостью мембранныекоробки или сильфоны, а устройство для регулирования относительной величины хода и крайних положений расширительного устройства Одного объема в зависимости от положения расширительного устройства второго объема включают, например, рычаг с регулируемым положением его точки опоры, мембранные ко|5обки или сильфоны (заполненные газом или жидкостью) иустройства для регулирования количества газа или жидкости в этих мембранных коробках или сильфонах для изменения в них .внутреннего давления. .Изоляция двух объемов камеры по дав. ле.нию и .теплообмену и их собственные устройства для расширения с регулируемыми степенями расширения двух объемов дают воз.можность распгирить набор пар Жидкос.. смесей жидкостей для работы в камере с двумя следочувствительными объемами. Связь между устройствами для распшрения обоих, объемов обеспечивает одновременность следочувствительности в ее объемах, синфазность изменения давленияVобоих объемах. Регулировка крайних положений и хода расширительного устройства одного объема в зависимости от расширительного устройства другого объема дает возможность не только регулировать режимы в обоих объемах более свободно, но и производить оперативно слежениеза режимом впроцессе работы камеры, например, изменение температуры в одном «з объемов в определенных пределах возможно компенсировать измененйём степени расширения этого объема с тем, чтобы сохранить режим следочувствитёльности в нем. Все это приводит к повышению эффективности предлагаемой пузырьковой камеры с двумя следочувствительными.объемами. НГа фиг. 1, 2, 3,4, 5 представлены варианты исполненияпредлагаемой пузырьковой камеры с двумя следочувствительными объемами. - . На фиг. 1 представлена конструкция пузырьковой камеры с двутмя следочувствительными объемами, один из которых размешен в другом, при этом устройство расширения внешнего объема - это подвижное дно, соединенное с корпусом камеры .посредством омега-сильфона. На фиг. 1 приняты следующие обозначения: .1 - основной (внешний) объем пузырьковой камеры; 2 - внутренний объем пузырьКовой камеры (мишень); 3 - вакуумный кожух пузырьковой камеры; 4 фланец вакуумного кожуха камеры: 5 - стеклоиллюминатор вакуумного кожуха камеры; 6 - стекло-иллюминатор корпуса пуз)фьковой камеры; 7 -- корпус пузырьковой камеры (неподвижная часть); 8 --омега-сильфон; 9 - устройство расширения внешнего объема пузырьковой камеры- «подвижное 10 --источник света; II - фотокамеры; 12 - отражатель света в основном объеме камеры; 13 - корпус внутреннего ббъема камеры Тмишень); 14 - оПора, соединенная с неподвижной частью корпуса; 15 - устройство уплотнения, например, надувной элемент; 16 - подгстадка из индия; 17 -- устройство раси ирения кнутрсниего объема камеры (мишени); 18 - |)ычаг; 19 - тяга от рычага 18 к 17; 20 - тяга.от рычага 18 к 9; 21 - отражатель света в объеме 2; 22 - опора рычага 18 с устройством для изменения (регулировки) ее положения. Оба 1 и 2 пузырьковой камеры фиг. 1) ограничены общим стеклом-иллюминатором 6 также,как и в известном устройстве. Такое редгение дает возможность устранить лишние разделители сред на лучей света к фотокамерам и тем самым снизить оптические искажения изображений следов. В отличие от известного устройства . боковь1е.стенки. корпуса внутреннего объема 13 ориентированы на центр блока фотокамер, в котором размещен источник 10 света, что дает возможность снизить величину «мертвой зоны вблизи стенок 13, и, следовательно, повысить эффективность камеры, за счет повышения точности при «сшивании следов. В отличие от известного устройства каждый из объемов (фиг. ) содержит отражатель света, возвращающий падающий на него свет из источника 10 света. В отличие от известного устройства уплотняющее устройство 15 (фиг 1) отделено от стекла-иллюминатора 6 с тем, чтобы не увеличивать «мертвую зону вблизи стенок внутреннего объема камеры 13. Расширение основного объема 1 камеры -происходит при перемещении подвижного дна камеры 9, связь которого с силовым приводом на фиг. 1 не приведена. Расширение внутреннего объема камеры (мишени) 2 происходит благодаря передаче движения от устройства 9 к устройству 17 посредством тяги 20, рычага J 8 и тяги 19. Величина перемещения устройства 17, а также начальное и конечное его положение регулируются посредством изменения положения опоры рычага 18 в позиции 22. Величина хода устройства 17 (фиг. .1) может превынгать величину хода устройства 9 и, наоборот, быть меньше ее в зависимости от соотношения плеч на рычаге 18. Этим обеспечивается широта диапазона регулировки степеней расширения обоих объемов камеры. В то же время, благодаря жесткой кинематической связи между устройствами 9 и 17 достигается синфазиость изменения давления в обоих объемах 1 пузырьковой камеры. Камера с неподвижным дном. На фиг. 2 изображена конструкция пузырьковой камеры, аналогичная предыдущей конструкции, но с иным устройством расширения основного объема-парой пор1иень-цилиндр. В такой конструкции пузырьковой камеры передача движения от общего силового привода механизма расширения к устройству рас пирения внутреннего объема осуществляется по цепочке: пориюнь-жидкость в объеме 1 - мембранная коробка 23 - рычаг 18 с устройством 22 для изменения положения его точки опоры - устройство 17 расширения внутреннего объема. На фиг. 2 изображена также заполненная газом и размещенная в (;б1,еме 1 мемб-. ранная коробка 23, дно которой соединено с рычагом 18. Работа пузырьковой камеры с двумя следочувствительными объемами в варианте исполнения устройства расширения, предст.чвленного на фиг. 2, протекает следующим образом. При расширении жидкости в объеме 1 торец заполненной газом мембранной коробки 23 перемещается в объеме-1 совместно с устройством 17 расщирения объема 2- При этом величина хода устройства 17 определяется давлениями в объемах 1 и 2 и мембранной коробке 23 и соотношением плеч рычага 18 относительно его опоры 22, и соотношением площадей торца мембранной коробки 22 .устройства 17 расширения. При сжатии жидкости в объеме 1 аналогичным образом происходит и сжатие жидкост в объеме 2. Регулировка величины хода уст-ройства 17 расширения внутреннего объема, а также его крайних положений осуществляется Посредством изменения давления газа в объеме мембранной коробки 23 и перемещения опоры рычага 2-2, изменяющей соот- нощение плеч рычага 18. Как видно и в этом случае.пузырьковая камера с двумя -след,очувствительнь ми обьемами имеет общий привод устройств расщирения обоих объемов и жесткую связь, осуществляющую как передачу движения от общего привода к устройству расщирения обоих объемов, так и регулировку степени расширения обоих объемов. При этом обеспечивается одновременность завершения расширения жидкости в обоих объемах (синфазность изменения давления). В отличие от конструкции на фиг. 1,в конструкции на фиг. 2 в средство связи обоих устройств в дополнение к тягам и рычагу с устройством для изменения положения его опоры введена мембранная коробка, заполненная газом и погружепная в жидкость ОСНОЕ НОГО объема камеры. На фиг. 3 н 4 повторены детали изображений на фиг. 1 и 2 и введены по сравнению с ними дополнительные обозначения: РК - давление в объеме 1 камеры; Рм -давление в объеме 2 камеры: Ру - дап.юние газа в мембранной коробке 23, Ljv плечо рычага отточки опоры22 до устрой ства 17 расщирения объема 2: 1,у- плечо рычага от точки опоры 22 до тяги 20 или мембранной коробки 23; S,- эффективнаяплощадь устройства 17 расширения объема 2; Sy - эффективная плои1адь торца мембранной коробки 23. Дл.я конструкции камеры (фиг. 3) ве.1ичина хода расншрительного устройства 17 объема 2 определяется величиной хода расширительного устройства 9 объема 1 и соотнои1ением плеч рычага 18 относите/шио точки его опоры 22 (Ly/Lj. Регулировка величины хода устройства 17, его нача.и.пого и конечного положений осуш,ествля1С)гся путем изменения положения опоры 22 рычага 18. Для к.рнструкции камеры (фиг. 4) йе.чичина хода растпирительного устройства 17 объема 2 определяется изменением дав.тения в объеме 1 (Рк);давлением в мембранной коробке 23 (Ру), соотношением эффективных площадей () устройства I/ и коробки; 23 и соотношением плеч рычага 18 относительно точки его опоры 22 (). Из условий равновесия системы расширения в начальный и конечный моменты времени (до расширения и в момент завершения расширения) находим следуюш;ие соотношения

Рмн5ми+Ру SyLy PKHSv,Ly (1)

+

1 кк5м/-M t Рккйу1у C2),

При этом ради упрош;ения предполагается, что силы упругости упругих элементов 17 и 23 входят в значения РМ и Ру, что паразитные изменения объемов 2 и 23 от деформации стенок под действием перепада давления пренебрежимо малы и что РМН и - давление в объеме 2, а РКН и в объеме 1 в начальный и конечный моменты времени (до расширения и после) соответственно.

Из выражений (1) и (2) для заданных значений , Р, РКН и РКК, вытекают однозначные значения величины Ру - давления в мембранной коробке 23 и отношения А:

Рл-.к РКИ - Рмн Ркк

(3)

Ру

РКН -РК«-РЛЛН РЛ К Ркн-Ркк-Рмн -Рмк

- РК-РМН

М LM

Таким образом, при указанных значениях Ру и А обеспечивается режим одновременной следочувствительности в обоих объемах камеры.

Однако, вследствие, неточности стабилизации режима термостатирования или другие причин, возможны отклонения величин Ркн РКК РМН и РМК от расчетных значений и, следовательно, встает задача регулировки величин Ру и А. Регулировка Ру путем изменения количества газа в мембранной коробке 23 не представляет трудностей. Изменение значения величиньг А может быть сделано путем изменения соотношения плеч рычага LJ/LM, для чего необходимо иметь рычаг с подвижной точкой опоры.

Возможно также исполнение рычага с устройством для дистанционного регулирования его точки опоры.

На фиг. 5 представлена конструкция пузырьковой камеры с двумя следочувствительными объемами, в объеме 1 которой размешены две мембранные коробки 23 и 24 и рычаг 25, который соединяет рычаг 18 с торцом коробки 25 и имеет неподвижную точку опоры. При изменении давления в объеме 1 торцы мембранных коробок 23 и 24 приходят в движение и через рычаг 25 и 18 передают движение устройству 17 расширения объема 2. Величину хода устройства 17 и его крайние положения в такой конструкции камеры можно регулировать путем изменения величины давления газа в мембранных коробках 23 и 24.

В камере (фиг. 5) содержатся также ограничители хода элементов 17, 23 и 24, которые на фиг. 5 не показаны.

Необходимо заметить, что кроме регулировки значения Ру возможно изменять и РКН Цлн путем изм.енения количества жидкости, в объемах 1 и.2 или изменения температуры, но такая регулировка более длительна по сравнению с изменением Ру. Тем не менее эти возможности регулировки дают возможность упростить конструкцию пузырьковой камеры с двумя объемами. .

Пузырьковая камера с двумя следочувст.вительными объемами может быть заполнена, например, такими двумя жидкостями, как водород и дейтерий.

В таблице приведен пример возможного режима создания одновременной следочувствительности для пары водород-дейтерий.

,75 л Р -1,8 д Р -3,4 Лк Формула изобретения Пузырьковая камера с двумя следочувствительнымй объемами и с двумя системами расширения, содержащая средство для передачи движения от Силового привода к системам расширения обоих объемов камеры, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности камеры путем расширения интервала изменения давления и температуры в обоих ее объемах и отношения степеней расширения заполняющих эти объемы жидкостей, а также повышения синфазности изменения давления в этих объемах,

vj

/

22

23

иг.2 V1

О

.:rt ;r is--a ; y- J SS)«f,

,8 13 7

. ее объемы разделены жесткой теплоизолирующей стенкой, содержат независимые теплообменники, а системы расширения этих объемов связаны друг с другом кинематической связью с регулируемыми параметрами. а ..,. .Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе 1.R. Florent et al Nucl Jnstrum and methods, 56, p. 160-164, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР № 203089, кл. G 01 Т 5/06, 11.04.66. AV«,,

23