Проволочная камера
Проволочная камера или многопроводная пропорциональная камера — это тип пропорционального счетчика , который обнаруживает заряженные частицы и фотоны и может предоставлять информацию о положении их траектории. [1] отслеживая следы газовой ионизации. [2] Этот метод был усовершенствованием по сравнению с методом обнаружения частиц в пузырьковой камере , в котором использовались фотографические методы, поскольку он позволял высокоскоростной электронике отслеживать путь частиц.
Описание
[ редактировать ]
В многопроволочной камере используется массив проводов с положительным постоянным напряжением ( анод ), которые проходят через камеру с проводящими стенками, удерживаемыми под более низким потенциалом ( катод ). Камера заполнена газом, например смесью аргона и метана, поэтому любая ионизирующая частица, проходящая через трубку, ионизирует окружающие газообразные атомы и создает ионные пары, состоящие из положительных ионов и электронов. Они ускоряются электрическим полем в камере, предотвращая рекомбинацию; электроны ускоряются к аноду, а положительные ионы — к катоду. На аноде происходит явление, известное как лавина Таунсенда . Это приводит к измеримому потоку тока для каждого исходного события ионизации, который пропорционален энергии ионизации, выделяемой обнаруженной частицей. Путем отдельного измерения импульсов тока с каждого провода можно определить траекторию частицы.Модификациями этой базовой конструкции являются тонкий зазор, резистивная пластина и дрейфовые камеры. Дрейфовую камеру также можно разделить на диапазоны конкретного использования в конструкциях камер, известных как проекция времени , микрополосковый газ и те типы детекторов, в которых используется кремний. [3] [4]
Разработка
[ редактировать ]
В 1968 году Жорж Шарпак , работая в Европейской организации ядерных исследований ( ЦЕРН ), изобрел и разработал многопроводную пропорциональную камеру ( MWPC ). Это изобретение привело к тому, что он получил Нобелевскую премию по физике в 1992 году. Эта камера была усовершенствованием более ранней пузырьковой камеры со скоростью обнаружения от одной или двух частиц в секунду до 1000 обнаружений частиц в секунду. MWPC выдавал электронные сигналы в результате обнаружения частиц, что позволяло ученым изучать данные с помощью компьютеров. [5] [6] [7] Многопроволочная камера является развитием искровой камеры . [8]
Заполните газы
[ редактировать ]В типичном эксперименте камера содержит смесь этих газов: [2]
Камера также может быть заполнена:
- жидкий ксенон ; [9]
- жидкий тетраметилсилан ; [10] или
- пары тетракис(диметиламино)этилена (ТМАЭ). [11]
Использовать
[ редактировать ]В экспериментах по физике высоких энергий он используется для наблюдения за траекторией частицы. Долгое время пузырьковые камеры для этой цели использовались , но с развитием электроники стало желательно иметь детектор с быстрым электронным считыванием. (В пузырьковых камерах производилась фотографическая экспозиция, а полученные напечатанные фотографии затем исследовались .) Проволочная камера представляет собой камеру со множеством параллельных проводов, расположенных в виде сетки и подключенных к высокому напряжению, при этом металлический корпус находится под потенциалом земли. Как и в счетчике Гейгера , частица оставляет след из ионов и электронов, которые дрейфуют к корпусу или ближайшему проводу соответственно. Отметив провода, по которым прошел импульс тока, можно увидеть путь частицы.
Камера имеет очень хорошее относительное временное разрешение, хорошую точность позиционирования и автозапуск (Ferbel 1977). [12]
Разработка камеры позволила ученым изучать траектории частиц со значительно большей точностью, а также впервые наблюдать и изучать более редкие взаимодействия, которые происходят при взаимодействии частиц.
Дрейфовые камеры
[ редактировать ]Если также точно измерить время импульсов тока в проводах и принять во внимание, что ионам требуется некоторое время, чтобы дрейфовать к ближайшему проводу, можно сделать вывод о расстоянии, на котором частица прошла через провод. Это значительно увеличивает точность реконструкции траектории и известно как дрейфовая камера .
Функция дрейфовой камеры заключается в уравновешивании потери энергии частиц, вызванной столкновениями с частицами газа, с накоплением энергии, создаваемой электрическими полями высокой энергии, которые используются для ускорения частиц. [13] Конструкция аналогична многопроволочной пропорциональной камере, но с большим расстоянием между проволоками центрального слоя. [8] Обнаружение заряженных частиц внутри камеры возможно за счет ионизации частиц газа вследствие движения заряженных частиц. [14]
Детектор Фермилаба CDF II содержит дрейфовую камеру, называемую Центральным внешним трекером . [15] Камера содержит аргон и этан, а провода разделены промежутками в 3,56 миллиметра. [16]
Если используются две дрейфовые камеры, провода одной из которых ортогональны проводам другой, причем обе камеры ортогональны направлению луча, достигается более точное определение положения. Если использовать дополнительный простой детектор (например, тот, который используется в вето-счетчике) для обнаружения с плохим или нулевым позиционным разрешением частицы на фиксированном расстоянии до или после проводов, можно провести трехмерную реконструкцию и определить скорость частицы выводится из разницы во времени прохождения частицы в разных частях детектора. Эта установка дает нам детектор, называемый камерой временной проекции ( TPC ).
Для измерения скорости электронов в газе ( скорости дрейфа ) существуют специальные дрейфовые камеры, камеры дрейфа скорости , которые измеряют время дрейфа для известного места ионизации.
В разрезе показано внутреннее пространство дрейфовой камеры.
Дрейфовая камера в Музее искусств и ремесел в Париже.
См. также
[ редактировать ]- Пузырьковая камера
- Детектор газовой ионизации
- Микропаттерн газовый детектор
- Детектор частиц
- Камера Вильсона
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ф. Саули (1977), - Принципы работы многопроволочных пропорциональных и дрейфовых камер. Проверено 25 февраля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б В.Фрасс. Физика — C4: Основной вариант физики элементарных частиц — Детекторы частиц . Оксфордский университет. п. 11 . Проверено 25 февраля 2012 г. был найден через доктора CN Booth PHY304 по физике элементарных частиц Шеффилдского университета
- ^ I. Kisel - [1] [ мертвая ссылка ] Проверено 28 февраля 2012 г.
- ^ Манчестерский университет - HEP - 101 [ мертвая ссылка ] Проверено 28 февраля 2012 г.
- ^ Компьютеры в физике, сентябрь/октябрь 1992 г. - Школа польского языка для иностранных студентов - Университет Адама Мицкевича в Познани - Европейская организация ядерных исследований. Архивировано 14 февраля 2012 г. на Wayback Machine. Проверено 25 февраля 2012 г.
- ^ Х. Джонстон - Мир физики . Проверено 25 февраля 2012 г.
- ^ «Вехи: Экспериментальное приборостроение ЦЕРН, 1968 г.» . Сеть глобальной истории IEEE . ИИЭЭ . Проверено 4 августа 2011 г. - Достижения Министерства энергетических исследований и разработок США получены 23 февраля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б Физика . Гилфорд: Университет Суррея . Проверено 28 февраля 2012 г.
- ^ SEDerenzo - Национальная ускорительная лаборатория SLAC, Стэнфордский университет (Управление науки Министерства энергетики США) ; Мюллер, Ричард; Дерензо, Стивен; Смаджа, Жерар; Смит, Деннис; Смитс, Роберт; Заклад, Хаим; Альварес, Луис (1971). «Пропорциональный счетчик, наполненный жидкостью» . Письма о физических отзывах . 27 (8): 532–535. Бибкод : 1971PhRvL..27..532M . doi : 10.1103/PhysRevLett.27.532 . ОСТИ 942298 . S2CID 54908183 .
- ^ Дегранж, Б.; Гийон, Дж.; Моро, Ф.; Нгуен-Хак, У.; Де Ла Тайль, К.; Тиссеран, С.; Вердери, М. (1992). «Низкоэнергетическая калориметрия в многопроволочной камере, заполненной тетраметилсиланом». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . Секция А. 311 (3): 539. Бибкод : 1992NIMPA.311..539D . дои : 10.1016/0168-9002(92)90652-К .
- ^ Шотанус П; Ван Эйк CWE; Холландер Р.В.; CWE Ван Эйк (1988). «Обнаружение LaF 3 :Nd 3+ сцинтилляционный свет в светочувствительной многопроволочной камере». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях, раздел A. 272 ( 3): 913–916. Бибкод : 1988NIMPA.272..913S . doi : 10.1016/0168-9002(88)90780-2 ; > Г. Чарпак Исследование детекторов визуализации частиц стр. 537 World Scientific, 1995 г. Проверено 28 февраля 2012 г.
- ^ Т. Фербель. Отчет ЦЕРН, 1977 г.>
- ^ FE Закрыть; М. Мартен; К. Саттон (11 ноября 2004 г.). Одиссея частиц: путешествие к сути дела . Издательство Оксфордского университета . Бибкод : 2002pojh.book.....C . ISBN 978-0-19-860943-8 . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ В. Блюм; В. Риглер; Л. Роланди (4 октября 2008 г.). Обнаружение частиц с помощью дрейфовых камер . Спрингер. ISBN 9783540766841 . Проверено 28 февраля 2012 г.
- ^ Котвал, Ашутош В; Герберих, Хизер К; Хейс, Кристофер (2003). «Идентификация космических лучей с использованием времени попадания в дрейфовую камеру». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . Секция А. 506 (1–2): 110–118. Бибкод : 2003NIMPA.506..110K . дои : 10.1016/S0168-9002(03)01371-8 .
- ^ Fermilab - глоссарий - фото - JL Lee Проверено 12 февраля 2012 г.