Способ фотографической регистрации заряженных частиц

 

Изобретение относится к фотографическим методам регистрации заряженных частиц. Целью изобретения является расширение диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок и улучшения пространственногго разрешения. Цель достигается тем, что управление чувствительностью ядерной эмульсии производится приложением к эмульсии биполярного импульса электрического поля в эмульсионных микрокристаплах в результате сложения внутреннего поляризационного поля, создаваемого первой частью биполярного импульса, с внешним полем от его второй части. Особенностью способа является использование можной незначительной мультипликации электронов также первой, поляризационной частью электрического импульса . Это позволяет увеличить предельно допустимые загрузки, улучшить пространственное разрешение и повысить надежность способа. 1 ил. i (Л со 9 СО О со :о гч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А2 (5D 4 G 01 T 5/10

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITI>IA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,: л: „(Н А 8Т0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

* >1, > -. 1( (61) 1256555 (21) 4076694/31-25 (22) 18.06.86 (46) 30.12.87. Бюл.М 48 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Е.M.Ãóùèí, А.Н.Лебедев и С.В.Сомов (53) 621.387 ° 4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1256555, кл. С 01 Т 5/10, 1984. (54) СПОСОБ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к фотографическим методам регистрации заряженных частиц. Целью изобретения является расширение диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок и улучшения пространственно-, го разрешения. Цель достигается тем, что управление чувствительностью ядерной эмульсии производится прило- жением к эмульсии биполярного импульса электрического поля в эмульсионных микрокристаллах в результате сложения внутреннего поляризационного поля, создаваемого первой частью биполярного импульса, с внешним полем от его второй части. Особенностью способа является использование воз, можной незначительной мультипликации электронов также первой, поляризационной частью электрического импульса. Это позволяет увеличить предельно допустимые загрузки, улучшить пространственное разрешение и повысить надежность способа. 1 ил.!

36309

t, саар

1. где t

1 т

Ф

- "м у

t, )T c „ъ

55

Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики, а . именно к способам трековой регистрации ионизирующего излучения, и наиболее эффективно может быть использовано в физике элементарных частиц высоких энергий.

Изобретение является усовершенствованием авт.св. СССР М 1256555. 10

Целью изобретения является расширение диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок и улучшения пространственного разрешения. 1Г

Согласно заявленному предложению, предварительно измеряют время захвата электронов на мелкие ловушки, а параметры импульса электрического поля U,(t) поддерживают в соответст- 20 вии с соотношением длительность переднего 25 фронта импульса У,(С); — длительность заднего фронта импульса U,(t);

T — полная длительность импульI са U„(t); 30 — время ионной релаксации поля в эмульсионных микрокристаллах; „ — время захвата электронов на мелкие ловушки; — время между моментом прохождения частицы и йача-лом импульса U,(t).

Сущность изобретения заключается в следующем. При действии на эмуль- 40 сию импульса U (t ) напряженность электрического поля в эмульсионных микрокристаллах изменяется по закону

1 тр 1 Цьр

E«k U (t ) e ) U (t ) e dt 45 р о

Так, например, для наиболее распространенного экспоненциального закона изменения импульса со временем U,(t)=

=U (1 е " )

6р — Ь 1 где т, — постоянная времени нарастания переднего фронта импульса Й,(t), полная длительность переднего фронта. ( при этом может быть принята Ь, = (2-3),. Напряженность E„, суммар9 2 ного электрического поля (внешнего минус поляризационного), как видно из (1), (2), вначале возрастает, а затем уменьшается, достигая в момент времени t t,, соответствующего условию аЕ к 1 4 Е к

- = k †- - — = 0 (3)

dt dt ,м своего максимального значения В«

В этот момент также может происходить срыв электронов с мелких ловушек и их мультипликации с коэффициентом м

И, = ехр(Е(Е„,Й), приводящая х увеличению чувствительности эмульсии.

В мелкозернистых эмульсиях, к которым относятся ядерные эмульсии, величина

M ненамного отличается от единицы, поэтому получаемое увеличение чувствительности.не имеет практического значения. Однако действие импульса

U (t ), складываясь с повторной мультипликацией электронов вблизи вершины импульса, может привести к увеличению М в 1а, раз, так что в

t предлагаемом способе M = M,M. Однако для этого необходимо выполнение ряда условий, необязательных в основном изобретении и налагающих дополнительные ограничения на параметры импульсов U,(t ) и U (t).

Во-первых, учитывая пороговую зависимость величин п от напряженности электрического поля, для эффективного срыва и мультипликации электронов импульсом П,(t) необходимо, чтобы напряженность суммарного поля E„, (t,) незначительно отличалась от напряженности внешнего поля U,(t) по крайней мере в первые моменты времени, т.е. на переднем фронте импульса

U (t). Это возможно, если нарастание импульса И<(1) происходит значительно быстрее изменения внутреннего поляризационного поля, т.е. при условии t са р, где t — длитель-! ( ность переднего фронта импульса U,(t)

В ядерных импульсах обычно Ср "-100200 нс, поэтому импульс U,(t ) должен иметь полную длительность Т1 1 мкс и длительность заднего фронта t, с с 20-30 нс в соответствии с формулой основного изобретения, а t с 20-!

30 нс, т.е. иметь вид, близкий к прямоугольному с минимальным спадом плоской вершины импульса.

Во-вторых, поскольку свободные

z,-з электроны за время 10 + 10 нс, 1363099 что много меньше реально возможных

I значений t,, уносятся началом фронта импульса И,(t ) на границу микрокристалла и не испытывают мультипли- 5 кацию, необходимо, чтобы к моменту времени 1 заметная часть свободных электронов быпа захвачена на мелкие электронные ловушки, срыв с которых происходит в сильном поле вблизи вер- 10 шинн импульса U (t) (при условии

/

t, сс ). Этому требованию соответствует условие t „„ » где м время захвата электронов на мелкие ловушки. Поскольку „ зависит от типа эмульсии, его необходимо заранее измерять, например по экспериментальной зависимости п от t, которая о» имеет вид

- .В п (Ь )n +А(е — е ), 15

< =

К„ = 0,66 МВ/см;

Тогда из равенства М = М получаем: 50 (— - — — 1)d +Ы

kU, (k(U" + U ) о E и о ! dЕ ь (k(Ui + U2 ) — .о — — g-— -— ---- 1 » и

55 где штрих означает значения потенциалов в предлагаемом способе. Так как наилучшие результаты достигаются при где А — константа;

Т вЂ” время памяти эмульсии, причем Т> с„.

Наконец, по тем же причинам в течение времени между первой мультипликацией импульсом U,(t) и началом резкого изменения напряжения на заднем фронте импульса U<(t) большая часть первичных и вторичных (от пер- 30 вой мультипликации) электронов должна быть опять захвачена на мелкие ловушки, т.е. должно выполняться условие T,, — t, — t > <, Другим преимуществом изобретения является возможность снижения амплитуд прикладываемого к эмульсии потенциала U, и U 2 при сохранении характерного для основного изобретения значения n . Степень снижения 40 амплитуд можно оценить, принимая во внимание, что коэффициент ударной ионизации в бромиде серебра в полях

10 В/см приближенно описывается

6 пороговой зависимостью 45 равенстве абсолютных значений U и как в основном, так и в предлагаемом способе

3 kU kU

2= — -1, г Z„E„ откуда (U +

< 2

LUU — U

Ек — )

1 а)

1 2Е„ ж

0 0

IA Tel где U = 13,+ U z, U, + U2 °

На чертеже изображена эксперимен-. тальная зависимоcTb вероятности проявления Е эмульсионных микрокристаллов при облучении эмульсии протонами с энергией 200 МэВ от величины

U(U ) (А — для основного изобретения,  — для предлагаемого способа) °

Эмульсия со средним размером микрокристаллов d = 0,387 мкм и k =

44,7 см, нанесенная на лавсановую подложку, экспонировалась в импульсном пучке протонов с энергией

200 МэВ длительностью 80 нс. Спустя время 1 = 0»5 мкс после протонного импульса к эмульсии прикладывали биполярный импульс электрического поля со следующими параметрами:

Т, = 5 мкс; .gt=O;t) =С =25 нс; ь1 = 360 нс (t и 1 мкс) — и проявляли.

Была получена изображенная на чертеже зависимость А. После этого экспонировали однотипную эмульсию, незначительно отличающуюся от первой эмульсии только средним размером микрокристаллов d = 0 ° 426 мкм, так что 6 /d = 1,1. Вследствие этого отличия сравнение результатов прово.дилось не для и, а для вероятности

3 1 » проявления Ч = n /N где N =—

E 2 d полное число пересекаемых частицей на единице длины пути микрокристалло в бромида серебра, М„ — объемная концентрация бромида серебра. Предварительно по зависимости Qq (t ) измеряли время захвата электронов на мелкие ловушки С„, с 200 нс. Длитель ность переднего фронта импульса U,(t) при этом была сокращена до t, 70 нс. Время памяти эмульсии составляло Т = 15-20 мкс, время ионной релаксации С 150 — 200 нс. Для

1363099

l сс (йц (Ы1/Е -1 ) 6/й +2

1 - — — -э1 — — — — = 0 22

3/2 Ы1/Е „ где t, I

25 аэ

4 @р af N аа д,кд

Составитель Б.Рахманов

Техред М.Дидык. Корректор О.Кравцова - .,1ктор М.11иткиня

3à:cаз 6400/35

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

- 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4 этих условий была получена зависимость В.

Как видно из чертежа, при одинаковых значениях перепада напряжения 11 во втором случае ц оказывается в

2-4 раза больше зависимости от величины у . С другои стороны, во втором случае суммарное значение прикладываемого потенциала, следовательно, амп- 10 литуда каждого из импульсов U,(t ) и U„(t) может быть уменьшена в

1,33 разя, или íà 25Х. Расчетное значение 5U/U, получаемое с учетом разницы в среднем размере микрокристал- 15 лов из соотношения хорошо совпадает с экспериментальным

ЬБ. значением — = — = 0,25 + 0,04 (для

Пэкси .

60 KH, U = 45 KB).

Таким образом, предлагаемое усовершенствование способа фотографической регистрации заряженных частиц, позволяет в 4-16 раз увеличить пре- дельно допускаемые загрузки либо на З0

257 уменьшить прикладываемое к эмульсии напряжение.

Формула изобретения

Способ фотографической регистрации заряженных частиц по авт. св 11 - 1256555, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок и улучшения пространственного разрешения, предварительно измеряют время захвата электронов на мелкие ловушки, а параметры импульса электрического поля V,(С) поддерживают в соответствии с соотношениями ьр; T, — t,-t<)> с о+ м длительность переднего фронта импульса U,(t); длительность заднего фронта импульса U,(t); полная длительность импульса

U,(t); время ионной релаксации поля в эмульсионных микрокристаллах; время захвата электронов на мелкие ловушки; время между моментом прохождения частицы и началом импульса U,(t).