Способ фотографической регистрации заряженных частиц
Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, и в частности к способам трековой регистрации ионизирующего излучения с помощью эмульсий. Целью изобретения является упрощение процесса обработки эмульсии. Эмульсию охлаждают до температуры , меньшей максимальной рабочей температуры эмульсии. Введение такой операции позволяет снизить жесткие требования, налагаемьте на форму , длительность и амплитуду воздействующего на эмульсию электрического импульса. Поэтому могут быть использованы обычные импульсные источники питания. €
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК ((9) (11) (51) 4 С 01 Т 5/10
i (гъpg *.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ б
< с
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4207771/31-25 (22) 19. 01. 87 (46) 30.07.88. Бюл. ¹ 28 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Е.M.Гущин, А.Н.Лебедев и С.В.Сомов. (53) 539.1.073.7(088.8) (56) Абрамов А.И. и др. Основы экспериментальных методов ядерной физики. M.: Атомиздат, 1977, с. 24.
Гущин Е.М. и др. Фотографическая эмульсия с управляемой чувствительностью для регистрации заряженных частиц. — Письма в ЖТФ, 1984, т. 10, № 16, с. 964. (54) СПОСОБ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, и в частности к способам трековой регистрации ионизирующего излучения с помощью эмульсий. Целью изобретения является упрощение процесса обработки эмульсии. Эмульсию охлаждают до температуры, меньшей максимальной рабочей температуры эмульсии ° Введение такой операции позволяет снизить жесткие требования, налагаемые на фор. му, длительность и амплитуду воздействующего на эмульсию электрического импульса. Поэтому могут быть использованы обычные импульсные источники питания.
1413569
Е (t) = E(t) — E„(t)
Е (t) = ехр(-t/ } /E(t)
Ь
Р
"Р о
exp(t/I,ð ) dt, (2) Е (t) = KV(t), где E (t) — напряженность поляризаt i
ЦИОННОГО ПОЛЯ вЂ” время ионной релаксации
Р поля;
К вЂ” коэффициент пропорциона31ьнос1 и, зави Ящий От 40 диэлектрической проницаемости и толщины эмульсии и прокладок.
Пусть к эмульсии IIpH t = 0 прикладывают постоянное электрическое по- ле Ч„. Тогда г
E ==КЧе (3) — +1L р
Е„= KV (1 — e ) 50 откуда следует, что спустя время
),,внутреннее поляризационное поле практически полностью скомпенсирует внешнее поле V» TGK что IIpH t ))L.
Е О, Е К Ч . Если теперь к эмульсии прикладывают импульсное электрическое поле Ч (t) противополож"
НОИ ПОСтоЯННОМУ ПОЛЮ IIOJIHPHOCTH> ТО
Изобретение относится к экспериментальным методам ядерной физики, а точнее к способам трековой регистрации ионизирующего излучения, и наиболее эффективно может быть использовано в физике элементарных частиц в экспериментах на ускорителях.
Целью изобретения является упрощение способа путем снижения требова- 10 ния к предлагаемому к эмульсии напряжению.
Суть изобретения заключается в следующем. Если к эмульсии в момент времени t = 0 прикладывают электрическое поле Ч(С}, то вследствие дрейфа междуузельных ионов Ад" и вакансий в эмульсионных монокристаллах возникает поляризационное поле, направленное противоположно внешнему. При этом 20 результирующая напряженность электрического поля внутри эмульсионных микрокристаллов Е (t) выражается соотк ношением ноляризационное поле (4) суммируется с внешним импульсным полем, то есть
E„(t) =. К(Ч + е V„(t)
1 - (-, - .
"P о е I dt). (5) Как видно из (5), в данном случае результирующая напряженность внутреннего электрического поля превышает напряженность электрического поля, создаваемую только импульсом Ч„(t) (прототип) на величину К V или в о
2 раза при оптимальном условии V- =
Го о
= Чц, где Ч„ — максимальное значение импульсного потенциала °
Для предотвращения этого предлагается после приложения постоянного поля охладить эмульсию. Снижение температуры вызывает уменьшение подвижности и концентрации-.междуузельных ионов и вакансий, следовательно, увеличивается „ по закону
Тр (т ) = - Т. 70,42 (1
1 — — )Т (6) 3 --о
Где .
Р соответственно время ионной релаксации при
Т и нормальной температуре Т = 293 К (20 С), температура эмульсии, К,. постоянная Больцмана, эВ/К.
К
При нормальных температурах в ядерных эмульсиях .. 100 нс, поэтому значительная часть получаемого выигрыша, как следует из (5), теряется в результате обратного дрейфа ионов в поле V„ (t) и деполяризации микрокристалла. Кроме того, технически трудно осуществлять одновременное приложение к эмульсии постоянного и импульсного электрических полей, учи-; тывая их значительные амплитуды, приложение постоянного электрического поля на все время экспозиции (в современных экспериментах длительность экспозиции может составлять несколько дней и даже месяцев) увеличивает вероятность случайных пробоев, спонтанного вуалирования эмульсии и т.п. что снижает надежность способа. з 1413
Если Т выбирают из условия.,Э
>> э (7) 20 где V„ „ — амплитуда импульсного электрического поля в прототипе. Таким образом, как постоянный, так и импульсный потенциалы, прикладываемые к эмульсии по изобретению, оказываются меньше, чем в прототипе.
Поскольку созданное постоянным электрическим полем внутреннее поляризационное поле действует все время экспозиции, оно может приводить к регистрации треков частиц и в отсутствие импульсного электрического поля, что означает потерю управляемости эмульсии. Поэтому величина постоянного потенциала не может быть какой угодно относительно амплитуды импульсного поля. Увеличение чувствительности ядерных эмульсий в электрическом поле носит пороговый характер, т.е. отсутствует при Е а Е, 4 э.пОр
По. измерениям Е „ 0,6F р следоэ. пор вательно, необходимо, чтобы Ч «ь
r1,5V„ . Оптимальное соотношение:. Ъ ) достигается, когда V несколько меньше Ч, при этом вероятность случайного пробоя или коронирования минимальна.
Пример. Ядерную эмульсию располагают между пластинами из диэлектрика и зажимают между двумя плоскими электродами, один из которых заземляют. На второй электрод подают постоянное электрическое поле от выпря-. мителей ВС-20-10 (Ч 25 кБ) или
ВС-50-50 (V 50 кВ). Используют ядерную эмульсию типа PK и пластины из стекла СТФ-105, имеющие следующие характеристики: d 170 мкм, 25
55 где t — длительность экспозиции, 5 то после охлаждения эмульсии постоянное электрическое поле можно вообще отключить, Тогда внутреннее поляризационное поле оказывается "вмо- роженным в эиульсионные микрокристалли на все время экспозиции и всегда суммируется с внешним импульсным электрическим полем. Для получения такого же коэффициента уси-, 15 ления чувствительности, как в прототипе достаточно, чтобы выполнялось условие
56о
7,0, f 11, Е „„5 мВ/см. Согласно изобретению V а 42 кВ, V >
28 кВ, оптимальнымп являются V
- 30 кВ, 3ч 40 кВ.
После включения постоянного поля эмульсию охлаждают. Для эмульсии PK при Т = 293 К (20 С) р 100 нс, откуда Т 103 К (-170 С) и 96 К (-177 С) соответственно при — 1 сут и 1 мес.
Охлаждение эмульсии производят, либо прокачивая через полости в электродах хладагент, например фреон или пары жидкого азота, либо, что наиболее удобно и не требует специального термостатирования, погружая всю электродную систему вместе с эмульсией в стандартный дъюар с жидким азотом (77 К). В последнем случае жидкий азот играет роль диэлектрика, предотвращающего возникновение коронных и поверхностных разрядов.
Температуре 77 К соответствует t > g
5-10 с, т.е. охлаждение жидким азотом удовлетворяет любым реальным длительностям экспозиции.
После охлаждения эмульсии, на что при погружении в жидкий азот требуется несколько минут, постоянное" электрическое поле отключают, высоковольтный электрод отсоединяют от выпрямителя и соединяют с импульсным источником питания. В качестве такого источника используют стандартные блоки питания импульсных лазеров, например лазера ЛГИ-21. (V 40 кВ),или импульсных рентгеновских генера- торов серии МИРА." После этого дъюар с эмульсией размещают в пучке заряженных частиц, импульсное электрическое поле прикладывают к эмульсии по сигналу от выделяющего полезные частицы или взаимодействия триггера, выход которого соединяют с входом внешнего запуска блока импульсно1
ro питания. После окончания экспозиции эмульсию извлекают из дъюара, отогревают и проявляют. Таким образом, прикладываемые к эмульсии потенциалы уменьшаются при оптимальных условиях в 2 раза по сравнению с известными. Упрощается процесс обработки эмульсии, поскольку охлаждение эмульсии снимает жесткие требования, налагаемые на форму и длительность фронтов электрического импульса.
Поэтому могут быть использованы станI
1413569 ности, эмульсию охлаждают до температуры Т Т и постоянное электрическое поле отключают, причем температура Т и длительность экспозиции связаны соотношением дартные обычные импульсные источники питания.
t,са 9 ехр (— — — )j> оТ 0 42 1 1 а э Р где э
-о
К
Составитель А,Шадрин
Техред M.Äèäûê Корректор М.Шароши
Редактор Т.Лазоренко
Заказ 3780/49 Тираж 522 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1 1 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 формула изобретения
Способ фотографической регистрации заряженных частиц, заключающийся в. том, что бромсеребряную эмульсию экспонируют в пучке заряженных частиц, после прохождения частицы к эмульсии прикладывают импульс электрического поля с амплитудой U, после чего и эмульсию проявляют, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения способа, перед экспозицией к 15 эмульсии прикладывают постоянное электрическое поле U « 1,5U противоположной импульсному полю поляр— длительность экспозиции, — время ионной релаксации поля в эмульсионных микрокристаллах при нормальной температуре Т = 293 К (20 С); — максимальная рабочая температура эмульсии, К, — постоянная Больцмана, эВ/К.
