Устройство для регистрации следов заряженных частиц в стримерной камере

 

Изобретение относится к технике физического эксперимента с применением стримерной камеры и может быть использовано при исследовании процессов взаимодействия частиц и ядер с ядрами. Цель изобретения - получение информации о следах частиц в газонаполненной оболочке путем локального регулирования яркости стримеров. Устройство для регистрации следов заряженных частиц в стримерной камере содержит газонаполненный корпус стримерной камеры, электроды, электромагнит с зазором, в котором находится газонаполненный корпус с газонаполненной оболочкой с мишенью, систему стереофотографирования, детекторы пучка частиц, генератор высоковольтных импульсов, блоки синхронизации, управления и запуска. Электрическая прочность газовой смеси в газонаполненном корпусе ниже, чем в газонаполненной оболочке. Получение информации о следах частиц вблизи мишени достигается введением импульсного лазера и блоков формирования и фильтрации лазерных пучков и их синхронизации с генератором высоковольтных импульсов, причем излучение лазера лежит в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне, а газонаполненная оболочка прозрачна для излучения лазера и видимого света, что обеспечивает локальное регулирование яркости стримеров в газонаполненной оболочке группой потоков лазерного излучения. Упрощение конструкции достигается тем, что блок формирования лазерного излучения включает отражательный растр со сферическими элементами. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРытиям пРи Гкнт сссР (21) 4378683/31-25 (22) 15.02.88 (46) 15.08.89. Вюл. t;- 30 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Н.И.Каминский, Э.В.Козубский и Ю.P.Ëóêñòèíûï (53) 539. 1.074(088.8) (56) Сандвайсс Дж. Стримерные камеры с вйсоким разрешением для спектроскопи тяжелых кварков. — УФН,.1984, т. 142, с. 504.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1028170, кл. G 01 Т 5/12, 1975.

Morrison Р.V. et al. Int. Proc

of Intarn. — Conference on Instrumentation for Leigh Energy Physics;

Prascati, 1973, р. 237.

Володин В,Д., Глаголева Н,С. и др.

Исследование модели двухметровой стримерной камеры установки СКМ-200.

Препринт ОИЯИ Р 13-5529, Дубна, 1970. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СЛЕДОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В СТРИМЕРНОЙ

КАМКРЕ (57) Изобретение относится к технике физического эксперимента с применением стримерной камеры и может быть использовано при исследованчи процессов взаимодействия частиц и ядер с ядрами. Цель изобретения — получение информации о следах частиц в гаэонаполнепной оболочке путем локального

Изобретение относится к методике и технике физического эксперимента с применением стримерной камеры в ка(51) 4 G 01 Т 5/12, H 01 J 47/14

2 регулирования яркости стримеров. Устройство для регистрации следов заряженных частиц в стримерной камере содержит газонаполненный корпус стри- мерной камеры, электроды, электромагнит с зазором, в котором находится газонаполненный корпус с газонаполненной оболочкой с мишенью, систему стереофотографирования, детекторы пучка частиц, генератор высоковольтных импульсов, блоки синхронизации, управления и запуска. Электрическая прочность газовой смеси в газонаполненном корпусе ниже, чем в газонаполненной оболочке. Получение информации о следах частиц вблизи мишени достигается введением импульсного лазера и блоков формирования и фильтрации лазерных пучков и их синхронизации с генератором высоковольтных импульсов, причем излучение лазера лежит в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах, а газонаполненная оболочка прозрачна для излучения лазера и видимого света, что обеспечивает локальное регулирование яркости стримеров в газонаполненной оболочке группой потоков лазерного излучения, Упрошение конструкции достигается тем, что блок формирования лазерного излучения включает отражательный растр со сферическими элементами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. честве средства визуализации следов заряженных частиц и может быть использовано при проведении научно-ис3 1500957 следовательских работ в области исследования процессов взаимодействия частиц и ядер с ядрами.

Цель изобретения — получение информации о следах частиц в газонаполнен5 ной оболочке путем локального регулирования яркости стримеров. . На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - 10 график интенсивности лазерного излучения в зависимости от расстояния от мишени; на фиг. 3 — схема зон облучения лазерогл газонаполненной оболочки с мишенью; на фиг. 4 — схема разделе- 5 ния потока лазерного излучения на . группу подпотоков посредством отражательного растра.

На фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 4 приняты следующие обозначения: 1 — газонаполненный корпус стримерной камеры; 2 — верхний полюс электромагнита;

3 — нижний полюс электромагнита; 4— электроды; 5 — генератор высоковольтных иггпульсов 6 — блок ввода им-. 25

1 пульсного электрического поля; 7 окно для фотографирования; 8 — фотограмметрическая камера; 9 — лентопротяжный механизм; 10 и 11 — детекторы; 12 — блок селективного запуска; 30

13 — блок синхронизации и управления;

14 — пучок частиц; 15 — мишень; 16 импульсный лазер; 17 — блок фокусировки лазерного излучения; 18 — фильтрпоглотитель лазерного излучения; 19 окно для ввода потока лазерного излучения; 20 — блок переглещения потока лазерного излучения; 21 — блок синхронизации; 22 — газонаполненная оболочка; 23 — зоны облучения; 24 — сле- 40 ды вторичных частиц; 25 — отрицательная линза.

Газонаполненный корпус 1 стримерной камеры расположен в зазоре полюсов 2 и 3 электромагнита, причем ее

45 рабочий объем ограничен электродами

4, посредством которых создается электрическое поле, ориентированное по направлению вектора напряженности магнитного поля. Фотографирование производят через отверстие в полю50 се 2 электромагнита. Пучок частиц 14 вводят в рабочий объем стримерной камеры перпендикулярно направлениям электрического и магнитного полеи.

На пути пучка частиц 14 устанавливают

55 детекторы 10 и 11, сигналы с которых запускают генератор 5 высоковольтных импульсов. Состав газовой смеси в га4 зонаполненной оболочке 22 отличается от состава газовой смеси в газонаполненном корпусе 1 стримерной камеры более высокой электрической прочностью, например, за счет добавки долей Е СО . В область, ограниченную газонаполненной оболочкой 22, выполненной из материала, прозрачного в диапазонах видимого и невидимого излучения, фокусируется поток лазерного излучения с длиной волны в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах в ту часть, которая расположена за мишенью 15 по направлению хода пуска частиц 14, при этом этот поток разделен на подготовки, которые в области фокусировки имеют форму полос, ориентированных поперек направлению пучка частиц и при этом интенсивность в подпотоках лазерного излучения возрастает по мере удаления от миыени 15, что обеспечивается фильтром-поглотителем 18 лазерного излучения переменной плотности.

Устройство работает следующим образом.

Регистрация следов заряженных .частиц посредством предлагаемого устройства протекает в следующей последовательности операций.

Газонаполненный корпус 1 стримерной камеры облучается пучком частиц

14 иггпульсагли с определенным циклом.

Детекторы 10 и 11, установленные на пути пучка частиц 14, выдают информацию о том, что в рабочем объеме стримерной камеры произоыло взаимодействие пучка частиц 14 с веществом мишени

15, подлежащее регистрации, в результате чего блок 12 селективного запуска выдает импульс запуска генератору 5 высоковольтных импульсов через посредство блока 13 синхронизации и управления. Одновременно блок

13 синхронизации и управления выдает импульс запуска на блок 21 синхронизации импульсного лазера 16. Генератор 5 высоковольтных импульсов посредством блока 6 ввода импульсного электрического поля создает импульсное электрическое поле высокой напряженности на электродах 4, в результате чего в рабочем объеме стримерной камеры на центрах ионизации, сформированных заряженными частицами в газовой смеси, происходят электрические разряды — стримеры, свечение которых через окно 7 для фотографи10

35 ловия:

5 150 рования формирует изображение следов

24 вторичных частиц в картинных плоскостях фотограмметрической камеры 8, т.е. на фотопленке лентопротяжного механизма 9. Яркость свечения стримеров зависит от многих факторов: от состава газовой смеси, напряженности электрического поля, длительности высоковольтного импульса, ионизирующей способности заряженной частицы и др. Яркость свечения стримеров внутри гаэонаполненной оболочки 22 варьируется в зависимости от интенсивности лазерного излучения. В зонах, свободных от лазерного излучения, яркость стримеров недостаточна для фоторегистрации вследствие более высокой электрической прочности газовой смеси, чем в газонаполненном корпусе 1 стримерной камеры.

В зонах 23 облучения потоком лазерного излучения яркость свечения стримеров возрастает соответственно интенсивности лазерного излучения. Таким образом, варьированием интенсивности лазерного излучения и состава газовой смеси в газонаполненной оболочке 22 достигается возможность регулирования яркости стримеров внутри газонаполненной оболочки 22. Вблизи мишени 15, где из-за высокой концентрации следов 24 вторичных частиц велика плотность ионизации газовой смеси, интенсивность лазерного излучения должна быть минимальной, в противном случае может развиться сплошной разряд, который заэкранирует отдельные следы 24 вторичных частиц.

По мере удаления от мишени 15 происходит разрядка следова 24 вторичных частиц, падает плотность ионизации газовой смеси и интенсивность лазерного излучения можно повыыать без опасения потерять информацию вследствие слияния следов 24 соседних вторичных частиц.

Подача энергии лазерного излучения в заданные зоны 23 облучения газонаполненной оболочки 22 с мйшенью 15 обеспечивается через окно 19 для ввога потока лазерного излучения в газонаполненном корпусе 1 стримерной камеры из вещества, прозрачного для лазерного излучения. Блок 17 фокусировки лазерного излучения и фильтрпоглотитель 18 лазерного излучения, разделяющие поток на группу подпотоков, располагаются вне газонаполнен0957 6 ного корпуса стримерной камеры, что обеспечивает существенные удобства в регулировке и настройке аппаратуры.

Выбор длины волны излучения лазера в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне обусловлен необходимостью избежать непосредственно воздействия лазерного излучения на фотопленку, чувствительную в видимом диапазоне.

Материал гаэонаполненной оболочки 22 . должен быть прозрачным как в видимом диапазоне для фоторегистрации следов частиц, так и в диапазоне длины волны излучения лазера для обеспечения воэможности подачи энергии лазерного излучения для усиления яркости стримеров внутри гаэонаполненной оболочки 22.

Применение отражательного растра со сферическими зеркалами в качестве блока 17 фокусировки лазерного излучения для реализации фокусировки и разделения потока лазерного излучения на группу подпотоков приводит к упрощению конструкции.

Выбор формы и размеров газонаполненной оболочки 22, числа и формы зон облучения потоком лазерного излучения области внутри гаэонаполненной оболочки 22, а также величины интервалов между зонами облучения, состава газовой смеси — все это определяется характером исследуемых процессов, главным образом множественностью вторичных частиц и параметрами стримерной камеры. Должны быть приняты во внимание также и следующие успоток лазерного излучения не должен касаться боковых стенок газона- полненной оболочки 22, чтобы не оказывать воздействия на режим образования стримеров вблизи этих стенок; поток лазерного излучения должен быть сфокусирован внутри газонанолненной оболочки 22, чтобы не оказывать заметного влияния на режим образования стриглеров вне ее.

Суть изобретения заключается в получении информации о следах частиц в газонаполненной оболочке 22, окружающей мишень 15 из твердого вещества, размещенной в газонаполненном корпусе 1 стримерной ..амеры и заполненной более электрически прочной газовой смесью, чем газонаполненпый корпус 1 стримерной камеры, эа счет локального регулирования яркости 1500957 стримеров внутри этой газонаполненной оболочки 22 путем облучения зоны оболочки мишени группой фокусируемых в эту зону потоков лазерного излучения в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне.

В стримерной камере установки ГИБС

Объединенного института ядерных исследований яркость стримеров, доста- 10 точная для их фоторегистрации на аэрофотопленку типа 42, достигалась при подаче на электроды камеры, заполненной неоном при давлении л 760 мм рт. ст., высоковольтного импульса с амплитудой порядка 450 кВ и длительностью 12 5 нс, создававшего в камере напряженность электрического поля порядка 15 кВ/см.

Снижение напряженности электрического поля на ЗЕ приводит к уменьшению яркости стримеров примерно вдвое.

Примерно такого же эффекта можно достичь добавкой в газовую смесь долей процента СО, что влечет увеличение 25 электрической прочности газовой смеси., Таким образом, двукратное снижение яркости стримеров достигается как незначительными добавками СО, так и уменьшением напряженности электричес- 30 кого поля на 3/, т.е. на 450 B/ñì для стримерной камеры установки ГИБС.

Следовательно, для восстановления яркости стримеров до необходимой величины необходимо компенсировать снижение напряженности электрического поля в области мишени 15 путем подачи в эту область лазерного излучения.

Для оценки требований к импульсному лазеру, вытекающих из поставленной цели — компенсировать дефицит в напряженности электрического поля в

450 В/см, удобно воспользоваться свя" зью между эффективным постоянным полем Е и среднеквадратичной величии

45 ной электрического поля Е, которая дается соотношением ! р = / 1+ и,2 (1) где сд — угловая частота излучения;

7 — среднее время столкновения 50 электрона с атомом, Для излучения CO -лазера с длиной волны 10,6 мкм при давлениях порядка

1 атм будет порядка 10 . Таким образом, в .данных условиях Е „ 10 Еп> 55 т.е. необходимая напряженность лазерного поля должна быть порядка

45 кВ/см, Параметры импульсного лазера 16, необходимого для создания указанной напряженности лазерного поля, определяют по формуле

P=SR2 /3 2 ° 10 где P — мощность лазера;

S — интенсивность света;

Кд — радиус пятна фокусировки света, при этом

Б=Е /361. л

Для определения размера облучаемой лазером площади учтено, что ширина следа в стримерной камере порядка

1 мм, что ширина зоны 23 облучения составит четырехкратную ширину следа, т.е. 4 мм, что между полосами зазор составит трехкратную величину от зоны 23 облучения, т.е. 12 мм, что количество зон 23 облучения составит 10, что равно (12+4)х10=160 мм, и что форма этой зоны — равносторонний треугольник с высотой 160 мм и шириной основания 320 мм. При этих условиях площадь зоны облучения составит 160х х160 мм =25600 мм2 . Величина облучаемой площади в зоне составит 1/4 от площади эоны, т.е. 6400 мм . Эта площадь эквивалентна площади круга с радиусом 45 мм.

Таким образом, R =45 мм;

P=354 МВт.

Выбирая величину времени облучения 30 нс, получаем, что энергия лазерного импульса должна составить приблизительно 10 Дж.

Следовательно, для достижения поставленной цели необходим лазер со средней энергией импульса излучения.

Длительность лазерного импульса выбирают больше продолжительности импульса постоянного электрического поля для того, чтобы избежать трудностей синхронизации ГИНа и лазера.

В области мишени за счет постоянного электрического поля создаются стримеры со слабой, недостаточной для фоторегистрации яркостью свечения, а увеличение яркости этих стримеров до необходимой для фоторегистрации величины достигается за счет энергии лазерного излучения °

Использование предлагаемого устройства позволяет получить изображения фрагментов следов частиц вблизи

9 150095 вершины акта взаимодействия, т.е. той области, которая в известном устройстве либо была нечувствительна к образованию стримеров необходимой яркости, либо экранировалась параэитными разрядами в зоне сгущения вторич.ных частиц, Получение дополнительной информации о следах 24 вторичных частиц (фрагментах следов) и тем более в очень важной области (в окрестности вершины взаимодействия) существенно повышает эффективность предлагаемого устройства для регистрации следов заряженных частиц на основе стри- мерной камеры с мишенью. формула изобретения

i. Устройство для регистрации следов заряженных частиц в стримерной камере, включающее газонаполненный корпус стримерной камеры с системой электродов, блок стереофотографирования, электромагнит с зазором, генератор высоковольтных импульсов, мишень в газонаполненной оболочке, детекторы пучка заряженных частиц, блоки синхронизации, управления и селективного запуска элементов стримерной камеры, причем газонаполненная оболочка размещена в газонаполненном корпусе стримерной камеры, помещенном в зазор электромагнита, при этом

7 10 электрическая прочность газовой смеси в газонаполненной оболочке выше электрической прочности газовой смеси в газонаполненном корпусе стримерной камеры, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью получения информации о следах частиц в газонаполненной оболочке путем локального регулирования яркости стримеров, в устройство введены импульсный лазер, блок фокусировки излучения лазера в область газонаполненной оболочки, фильтр-поглотитель лазерного иэлуче( ния, окно для ввода потока лазерного излучения, блок синхронизации импульсного лазера с генератором высоковольтных импульсов, причем длина волны излучения лазера находится в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах, фильтр-поглотитель лазерного излучения имеет переменную плотность по своему сечению, а гаэонаполненная оболочка выполнена из материала, прозрачного в диапазонах видимого и лазерного излучений.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции; блок фокуси- ровки лазерного излучения включает отражательный растр со сферическими элементами.

1 500957

1 500957

1500957

Составитель В.Костырев

Редактор A.PeBèí Техред 3I.Олийнык Корректор Э.Лончакова

»

Заказ 4861/40 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101