Дрейфовая камера - прибор для определения координаты прохождения ионизирующей частицы, основанный на измерении времени дрейфа электронов - продуктов ионизации в газе, от места прохождения частицы до сигнальной проволоки (рис.). На сигнальную проволоку (анод) подаётся потенциал +UС. На проволоки, замыкающие дрейфовые промежутки,
подаётся потенциал -UД. На проволоки, расположенные по бокам дрейфового промежутка, подаётся потенциал, равномерно распределённый от 0 до -Uд, создающий однородное электрич. поле вдоль дрейфового промежутка.
Сигнал прохождения частицы (стартовый сигнал) задаётся внеш. детекторами, обычно сцинтилляционными детекторами.
Сигнал окончания дрейфа вырабатывается электронами, размножающимися в
газе лавинным образом вблизи анода (газовое усиление). Скорость дрейфа vдр электронов при заданной напряжённости электрич. поля определяется калибровочными измерениями. Зная интервал времени tдр между стартовым и конечным сигналами, определяют координату х
проходящей частицы.
Д. к. заключается в герметичную оболочку, к-рая заполняется газовой
смесью. Обычно используется Аr с примесью многоатомного газа -
изобутана, СО2 и др. Это позволяет обеспечить коэф. газового усиления К до 106 и уменьшить зависимость vдр электронов от напряжённости электрического поля (в чистом Аr K~103-104).
Осн. характеристика Д. к.- зависимость tдр от х. Т. к. vдр зависит от напряжённости электрич. поля и отношения компонентов газовой смеси, то эти параметры в Д. к. выбираются так, чтобы vдр была однородна по всему дрейфовому промежутку и не была бы чувствительна к их изменению (при 70% Аr и 30% С4Н10
напряжённость поля в дрейфовом промежутке ~1 кВ/см).
Д. к. не различает частицы, прошедшие симметрично относительно
сигнальной проволоки. Для устранения этого недостатка либо вводится 2-я
сигнальная проволока, либо используется эффект несовпадения наведённых
зарядов слева и справа от сигнальной проволоки.
Сигнал с сигнальной проволоки поступает на усилитель-формирователь
(порог 1-10 мкА, Rвх=50-250 Ом) и далее на преобразователь
временных интервалов в код. Код заносится в счётчик и считывается ЭВМ.
Для регистрации неск. частиц с одной сигнальной проволоки необходимо
соответствующее кол-во счётчиков. Обычно в целях экономии сигнальные
проволоки объединяют в группы. В каждой группе сигналы поступают на
схему "или" и далее на преобразователь. При срабатывании любой проволоки
её номер и показание счётчика заносятся в память.
Макс. загрузка Д. к. определяется конструкцией Д. к. При больших
дрейфовых промежутках ограничение наступает вследствие накопления
пространств. заряда положит. ионов в дрейфовых промежутках. При малых
дрейфовых промежутках и длинных проволоках ограничение может наложить
длительность сигнала, к-рая определяется временем движения положит.
ионов из области лавины. Длительность импульса тока обычно ~100 нс, что
соответствует макс. нагрузке на проволоку ~107 с-1.
При малых дрейфовых промежутках и коротких проволоках ограничение
наступает из-за накапливания ионов вблизи сигнальной проволоки и
снижения коэф. газового усиления. Для камеры с дрейфовым
промежутком 1 мм макс. загрузка ~5-107 с-1-см-2.
Дальнейшее продвижение в область больших загрузок достигается в т. н. с
ц и н т и л л я ц и о н н о й Д. к., где регистрируется световой сигнал
от высвечивания возбуждённых молекул газа вблизи сигнальной проволоки.
Пространств. разрешение Д. к. с большой площадью R~1 мм, для небольших
Д. к. R~0,1 мм. Ограничение в разрешении определяется диффузией
электронов во время дрейфа, пробегом d-электронов, малой статистикой
числа электронов на ед. длины следа частицы и вкладом электроники.
Дальнейшее улучшение пространств. разрешения возможно при работе с
газами под высоким давлением и с конденсир. инертными газами (до R~0,01
мм).
При регистрации сложных событий возникает вопрос о пространств.
разрешении двух соседних частиц. Длительность импульса тока с камеры
(~100 нc) ограничивает величину разрешения на уровне неск. мм.
Продвижение в область высоких разрешений (~0,1 мм) возможно при
использовании инертного газа под давлением в неск. сотен атмосфер и при
регистрации светового сигнала от высвечивания молекул газа, возбуждённых
при движении электронов в сильном электрич. поле вблизи сигнальной
проволоки.
Принцип работы Д. к. был теоретически обоснован в 1968 [1]. Д. к.
конструктивно разнообразны (плоские, цилиндрич. и сферич.). Плоские Д.
к. больших размеров с невысоким R в наиб. степени соответствуют условиям нейтринных исследований на ускорителях заряженных частиц. В нейтринном эксперименте в ЦЕРНе Д. к. площадью 14 м2 осуществляли локализацию мюонов
с точностью до 1 мм. Для нейтринного калориметра в ИФВЭ используются
4-метровые камеры с дрейфовыми промежутками до 25 см. Для гибридного спектрометра (ЦЕРН) разработана Д. к. с размерами 2х4х5м3.
Она имеет 2-метровые дрейфовые промежутки и предназначена для
определения сорта частиц в событиях с высокой множественностью (см. Множественные процессы ).Д. к. с R = 60 мкм использовались в эксперименте на ускорителе ФНАЛ (см. Координатные детекторы).
Д. к. нового поколения способны регистрировать полную картину сложного многочастичного события, подобно пузырьковой камере. Они используются в е+е- - экспериментах на накопительных кольцах (см. Встречные пучки ).Д. к. ТРС в Беркли помимо регистрации треков даёт информацию о сорте частиц по измерению плотности ионизации вдоль трека в области релятивистского роста ионизац. потерь.
А. А. Борисов