к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Пропорциональная камера

Пропорциональная камера - электронный координатный детектор частиц, представляющий собой множество пропорциональных счётчиков, имеющих общий катод и заключённых в газовый объём. Действие П. к. основано на определении координаты точки траектории частицы по срабатыванию одного из счётчиков.

4015-137.jpg

Имеется большое кол-во разновидностей П. к.- плоские, цилиндрические и т. п. [1-4]. Принцип действия можно объяснить на примере плоской пропорциональной камеры, в к-рой имеются 2 плоских катода и в центре между ними анод в виде тонких параллельно натянутых сигнальных проволочек (симметричная П. к.). Анодные проволочки диаметром d удалены на расстояние s друг от друга и l от катода (катоды делают из тонкой ме-таллич. фольги). На пропорциональную камеру подаётся высокое напряжение V0, величина к-рого зависит от геометрии камеры, прежде всего от расстояния между проволочками. В симметричной П. к. при l > s > d, Va = V0, VK = 0 (рис. 1) потенциал точки с координатами х, у равен

4015-138.jpg

Рис. 2. Зависимость напряжённости электрического поля E от расстояний т частицы до сигнальных проволочек: 1 - область газового усиления; 2 - область высокой плотности пространственного заряда.


4015-141.jpg


Здесь 4015-139.jpg- заряд на единице длины сигнальной проволочки, 4015-140.jpg- диэлектрич. проницаемость газа, С - уд. ёмкость сигнальной проволочки. Типичные параметры П. к.: l = 8 мм, s=2 мм, d=20 мкм, С=3,47 пФ/м, V0 =4-5 кВ. Электроны, образовавшиеся на траектории заряж. частицы вследствие ионизации атомов газа, движутся (дрейфуют) к анодной проволочке. В её непосредств. близости, начиная с критич. радиуса4015-142.jpg, происходит лавинообразное размножение электронов (газовое усиление; рис. 2). Электрич. поле вблизи проволочек обладает цилиндрич. симметрией (рис. 3), поэтому процесс газового усиления происходит так же, как

и в цилиндрич. пропорциональном счётчике. Коэф. газового усиления (в т. н. приближении Роуза - Корфа)

4015-144.jpg


Рис. 3. Эквипотенциальные и силовые линии электрического поля в пропорциональной камере.


4015-143.jpg



Здесь N - плотность газа, 4015-145.jpg- пороговое напряжение, соответствующее у =4015-146.jpg. Амплитуда А сигнала, поступающего с каждой сигнальной проволочки, пропорциональна ионизац. потерям заряж. частицы, т. е. числу электронов п, попавших на данную сигнальную проволочку:

А=епК/С.

Пропорциональность между ионизацией и амплитудой А достигается при К = 10-105.

К каждой сигнальной проволочке присоединяют предусилитель, после к-рого сигнал поступает в устройство, кодирующее номер проволочки. П. к. размещают так, чтобы частицы летели примерно перпендикулярно плоскости сигнальных проволочек, и тогда координата c точки траектории частицы определяется номером сработавшей проволочки. Чтобы получить неск. точек на траектории частицы, неск. П. к. соединяют в блоки (рис. 4), причём соседние П. к. обычно взаимно развернуты на4015-149.jpg. Обычно применяют десятки П. к., что позволяет полностью реконструировать траектории заряж. частиц.

4015-147.jpg


Рис.4. Схема блока из трёх пропорциональных камер, измеряющих координаты х, у, z (развёрнута на4015-148.jpgк х).


Разрешающая способность. Пространств. разрешение П. к. задаётся расстоянием между сигнальными проволочками s. Среднеквадратичная ошибка измерения координаты4015-150.jpg

Амплитудное, т. е. энергетическое, разрешение П. к. определяется соотношением

4015-151.jpg

где Dn - флуктуации числа электронов, DK - флуктуации газового усиления от каждого электрона. При регистрации мягких g-квантов (4015-152.jpg= 5-6 кэВ) в П. к. достигается разрешение 4015-153.jpg12-15% при К=102-103 [5, 6]. При K<102 разрешение ухудшается из-за уменьшения отношения сигнал/шум; при К>103 начинает проявляться накопление положит. заряда вблизи проволочки, что ухудшает амплитудное разрешение (см. ниже).

Временное разрешение П. к. dt определяется временем дрейфа ионов. При s=2 мм временное разрешение 4015-154.jpg=30 нc.

Измерение 2 координат в одной пропорциональной камере. Существует неск. методов определения координаты z траектории частицы вдоль сигнальных проволочек [7]. Часто используют т. н. метод деления токов, основанный на измерении токов I1 и I2 на концах сигнальной проволочки. Токи разделяются соответственно сопротивлениям R1, R2 участков проволочки по одну и другую стороны от места прохождения частицы: I1/I2=R2/R1=(L-z)/z, где L-длина проволочки. Предельная точность метода: Dz/L ~ 1%.

Координату z определяют также измерением индуци-ров. заряда на катодах, к-рые изготовлены в виде i полосок или площадок шириной 5-8 мм; на каждой полоске измеряется заряд Qi :

4015-155.jpg

Этот метод обеспечивает пространственное разрешение 4015-156.jpg= 20-30 мкм.

Характеристики пропорциональных камер. Газовая смесь для П. к. должна обеспечивать достаточно высокие уд. ионизац. потери энергии заряж. частиц (4015-157.jpg2 кэВ/см), мин. сечение захвата электронов атомами газа, гасящие свойства при развитии электрон-фотонной лавины вблизи сигнальных проволочек. Этим требованиям удовлетворяют смеси инертных газов и углеводородов (или СO2). В П. к. обычно используют смесь Аг (70-90%) и СН4 или С2Н6 (10-30%).

Большое газовое усиление достигается в П. к. с тонкими сигнальными проволочками. Однако при этом эл--статич. силы отталкивают проволочки друг от друга и требуется достаточно большое их натяжение: 4015-158.jpg (предельное натяжение вольфрамовой проволочки с d = 10, 20, 30 мкм равно 0,16, 0,65 и 1,45 Н). Критич. длина проволочки Lкp = =4015-159.jpg. При s = 2 мм, l=8 мм, d = 20 мкм и V0 = 5 кВ Lкp = 85 см, поэтому в П. к. больших размеров необходимо укреплять сигнальные проволочки.

П. к. работает с высокой эффективностью в потоках до 104-105 частиц·мм4015-160.jpg. Препятствием увеличения загрузки является накопление положит. заряда вблизи сигнальных проволочек. В процессе газового усиления положит. ионы, подвижность к-рых приблизительно в 103 раз меньше подвижности электронов, накапливаются около проволочки, экранируя её, уменьшают газовое усиление и понижают эффективность регистрации частиц.

Долговечность П. к. ограничена "старением", к-рое возникает из-за осаждения и полимеризации органич. соединений на поверхности проволочек [8]. Старение заметно после попадания 1016 электронов на 1 мм длины проволочки.

Многонитные камеры применяют не только в пропорциональном, но также и в др. режимах работы, напр. в самогасящемся стримерном режиме. При этом теряется пропорциональность амплитуды и ионизации, но возрастает амплитуда сигнала (см. Стримерная камера).

П. к. используют в физике частиц высоких энергий, где крупные установки, достигающие площади ~10 м2, содержат десятки П. к. с общим числом проволочек неск. десятков тысяч, а также в ядерной физике, биологии, в медицинской диагностике, дефектоскопии и т. д.

Литература по пропорциональным камерам

  1. Rice-Evans P., Spark, streamer, proportional and drift chambers, L., 1974;
  2. Sau1i F., Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers, Gen., 1977;
  3. 3aневский Ю. В., Проволочные детекторы элементарных частиц, М., 1978;
  4. 3аневский Ю. В., Пешехонов В. Д., Пропорциональные и дрейфовые камеры в прикладных исследованиях. Обзор, "Приборы и техн. эксперимента", 1978, № 2, с. 7;
  5. Sauli F., Basic processes in time-projection like detectors, в кн.: Time projection chamber 1-th workshop. Vancouver, 1983, N. Y., 1984;
  6. Ионизационные измерения в физике высоких энергий, М., 1988;
  7. Ситар Б., Новые направления в развитии дрейфовых камер, "ЭЧАЯ", 1987, т. 18, с. 1080;
  8. Алексеев Г. Д., Круглов В. В., Хазинс Д. М., Самогасящийся стримерный (СГС) разряд в проволочной камере, "ЭЧАЯ", 1982, т. 13, с., 703.

Б. Ситар

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, что релятивизм (СТО и ОТО) не является истинной наукой? - Истинная наука обязательно опирается на причинность и законы природы, данные нам в физических явлениях (фактах). В отличие от этого СТО и ОТО построены на аксиоматических постулатах, то есть принципиально недоказуемых догматах, в которые обязаны верить последователи этих учений. То есть релятивизм есть форма религии, культа, раздуваемого политической машиной мифического авторитета Эйнштейна и верных его последователей, возводимых в ранг святых от релятивистской физики. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 01.10.2020 - 13:00: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
01.10.2020 - 07:41: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
01.10.2020 - 07:39: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
01.10.2020 - 07:38: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
01.10.2020 - 07:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
30.09.2020 - 07:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
29.09.2020 - 19:46: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Аркадия Мелконяна - Карим_Хайдаров.
29.09.2020 - 18:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
29.09.2020 - 18:50: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
29.09.2020 - 09:24: ФИЗИКА ЭФИРА - Aether Physics -> Магнит - Карим_Хайдаров.
29.09.2020 - 09:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
29.09.2020 - 07:37: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution