Способ регистрации треков заряженных частиц

 

СПОСОБ РЕШСТРАЦИИ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЁННЫХ ЧАСТИЦ путем создания в разрядной области, заполненной газовой смесью, импульсного злектрического поля после прохождения через нее частицы, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, регистрацию треков заряженных частиц проводят при знакопеременном изменении напряженности электрического поля в импульсе с амплитудой имхгульса ниже напряженности статического пробоя газовой смеси, длительностью в пределах от С/Ед до Т., и частотой изменения величины напряженности в импульсе в пределах от F, до Yo/L, где С - постоянная величина, определяемая газовой смесью; Е - амплитуда импульса напряженности; Т. - врекч ясизни свободных электронов в газовой смеси; F, определяется выражением

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (и) а 01 Т 5/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3667997/24-25 (22) 29.11.83. (46) 1.5.12.85. Вюл. У, 46 (71) Московский инженерно-физический институт (72) С.А. Воронов, С.В. Колдашов и А.В. Попов (53) 621.387 ° 424(088.81 (56) P. Rice — Evans "Spark, Strea .mer, proportional and drift chambers" London, 1974, с. 322-323.

Дайон М.И. и др. Искровая камера. М., Атомиздат, 1967, с. 100-280, (54)(57) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ТРЕКОВ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ путем создания в разрядной области, заполненной газовой смесью, импульсного электрического поля после прохождения через нее частицы, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, регистрацию треков заряженных час. тиц проводят при знакопеременном изменении напряженности электрического поля в импульсе с амплитудой импульса ниже напряженности статического пробоя газовой смеси, длительностью

2 в пределах от С/Е до Т и частотой изменения величины напряженности в импульсе в пределах от F< до V /L где С вЂ” постоянная величина, определяемая газовой смесью;

Е » амплитуда импульса напряо женности;

Т.„ - время жйзни свободных электронов в газовой смеси; определяется выражением фг, „()й-s, о

V — скорость дрейфа электронов в газовой смеси, зависящая в переменном электрическом поле от времени;

В - длина разрядной области;

V - скорость света в вакууме; о

Ь вЂ” наибольший размер разрядной области.

1 11

Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики и может быть использовано для проведения долгосрочных экспериментов в области физики элементарных частиц и космических лучей.

Известен способ трековой регистрации заряженных частиц, включающий создание постоянного электрического поля в некоторой области, заполненной газовой смесью. При этом после прохождения частицы через эту об.ласть (называемую разрядной) вблизи

;ее траектории развивается электрический разряд. Недостатком этого способа является то, что электрический разряд развивается после прохождения любой заряженной частицы, а это затрудняет выделение полезных событий.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ регистрации треков заряженных частиц, включающий создание импульсого электрического поля в разрядной бласти, заполненной газовой смесью, после прохождения через нее частицы.

При этом создают однородное электрическое поле с напряженностью, превышающей напряженность статического пробоя газовой смеси, и вблизи траектории формируется электрический разряд, Недостатком способа-прототипа является его сложность, связанная с созданием высоких напряженностей электрического поля. Поэтому для его технической реализации приходится разрабатывать газоразрядные трековые детекторы, рассчитанные на десятки киловольт, что усложняет конструк« цию детекторов, делает их громоздкими и тяжелыми, снижает надежность и ресурс их работы.

Целью изобретения является упрощение способа регистрации треков заряженных частиц с помощью электрического поля.

Цель достигается тем, что при регистрации треков способом, включающим создание импульсного электрического поля в разрядной области, заполненной газовой смесью, после прохождения через нее частицы, регистрацию треков заряженных частиц проводят при знакопеременном изменении напряженности электрического по" ля в импульсе с амплитудой импульса ниже напряженности статического про" боя газовой смеси, длительностью в пределах от С/E до Т и частотой

40

53686 2 изменения величины напряженности в импульсе в пределах от Fi до Ч /L где С вЂ” постоянная величина, определяемая газовой смесью,"

Š— амплитуда импульса напряженности;

Т - время жизни свободных электронов в газовой смеси; опрепеляется выражением

1О

Й, j t>

V — скорость дрейфа электронов в газовой смеси, зависящая

Зг в переменном электрическом поле от времени;

 — длина разрядной области;

V0 — скорость света в вакууме;

L — - наибольший размер разрядной

20 области.

Основные параметры импульсаамплитуда напряженности электрического поля Е, длительность импульса .g) Э

Т, частота изменения электрического

25 поля в импульсе F — должны удовлетворять следующие условия:

1) Условие возникновения регистрируемого трека в разрядной области

У

Е Т С или при заданной Е

С

30 Е (Т Тж

С вЂ” постоянная величина, определяемая газовой смесью;

Т вЂ” время жизни свободных электронов в газовой смеси.

35 2) Условие отсутствия сноса элект ронов в разрядной области

Г, (< У,. где F, определяется выражением

2 % н . tttlt ° Â, о

Ч вЂ” скорость дрейфа электронов;

 — длина разрядной области.

3) Условие однородности электри45 ческого поляво всейразрядной области

F «Р

2 )

= ц„

V - скорость света в вакууме;

L — - размер разрядной области.

Снос электронов лавины от места ионизации в среднем отсутствует изза знакопеременности поля, поэтому точность трековой регистрации частиц улучшается, Частота изменения электрического поля в импульсе не должна быть больше F, иначе электрическое поле не будет однородным во всей разрядйой

1153686 4 при значениях Е и Т, приведенных в таблице. области и, следовательно, регистрируемые треки частиц будут искажены.

Однако при уменьшении частоты ниже Г (см, условие 2) электроны в течение одного полупериода изменения электрического поля будут смещаться в результате дрейфа на величину, превышающую размеры разрядной области, и погибать. При выполнении условия указанный. снос электронов отсутствует. 10

В выражении для F под знаком интег рала - скорость дрейфа электронов, которая является функцией времени, так как напряженность электрического поля изменяется во времени. Для получения регистрируемых треков необходимо с помощью электрического поля на следе частицы развить электронную лавину стример или искру. СоотношеУ ние Ео Т = С было получено экспериментально. Кроме того, указанное соотношение можно легко вывести из условия Ретера, если учесть, что при низких напряженностях (несколько кВ/см) первый коэффициент Таунсенда 25 и скорость дрейфа электронов практически линейно зависят от напряженности электрического поля. Амплитуда импульса выбирается ниже напряженнос- . ти статического пробоя. Однако, как можно видеть из условия 1, минимальное значение амплитуды должно быть больше величины С/Т.„.

Пример реализации предлагаемого способа трековой регистрации частиц . в искровой камере. Разрядная область камеры была заполнена неоном до. давления 1 атм и имела ширину 1 см.

После прохождения заряженной частицы космических лучей через разрядную область на электроды искровой камеры подавался импульс знакопеременного напряжения, вырабатываемого генератором. Параметры импульса:

F = 20 мГц, амплитуда напряженности паля Е, длительность Т.

40

Искры в камере появлялись только в случае пролета частицы через разрядную область искровой камеры и !

Е, кв см 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0

Т, мкс 10 4 25 20 1,5 1 05!

Ширина искр 1 мм. Эффективность регистрации частиц 100K. Было зарегистрировано следование искры вдоль, траектории частицы. Известно, что напряжение статического пробоя неона

1 см при давлении 1 атм равно 4,8кВ.

Амплитуда импульса напряжения при использовании известного способа трековой регистрации частиц в неоновых искровых камерах с длиной разрядной области 1 см превьппает 7 кВ.

Таким образом, проведение регистрации треков частиц с помощью импульсного электрического поля с амплитудой импульса ниже напряженности статического пробоя газовой смеси позволяет упростить способ, и кроме того, создать газоразрядные трековые детекторы с .рабочими напряжениями в

10 раз ниже, чем при реализации известного способа.

Характеристики треков, получен ные предлагаемы способом, не отличаются от характеристик треков в базовом объекте. Это определяется тем, что процесс развития разряда при использовании предлагаемого способа качественно не изменяется, а лишь "растягивается" во времени.

Однако упрощение способа регистрации треков частиц, связанное со значительным уменьшением амплитуды высоковольтных импульсов, дает преимущества предлагаемому способу по сравнению с базовым объектом в условияхработы, например, на борту ИСЗ, высотных аэростатах, а также при создании детекторов частиц с низкими рабочими напряжениями и повьцпенной надежностью.

ВНИИПИ Заказ 8128/2 Тираж 747 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4