Искровая камера - управляемый трековый детектор частиц, действие к-рого основано на возникновении искрового разряда в газе в месте прохождения заряж. частицы. Применяется в ядерной физике
(исследование ядерных реакций), физике элементарных частиц
(эксперименты на ускорителях), астрофизике (космич. лучи) и медицине. И.
к. содержит разрядный промежуток, заполненный газом. Телескоп счётчиков
(напр., сцинтилляционных, черенковских) вне И. к. регистрирует факт
прохождения частицы через объём камеры и управляет (с помощью
электронных устройств) подачей на электроды камеры высоковольтного
короткого импульса (10-100 нс) напряжения. Электроны, возникающие в газе
камеры на пути заряж. частицы в
результате ионизации
атомов газа, в электрич. поле И. к. ускоряются при движении к аноду.
Набрав достаточную энергию и сталкиваясь с атомами газа, они возбуждают и
ионизуют атомы, освобождая новые электроны. Процесс газового усиления
приводит к образованию электронно-фотонных лавин. Когда в головке лавины
создаётся концентрация ~108 электронов, образуется стример-сгусток плазмы,
распространяющийся вдоль электрич. поля в обоих направлениях. В
результате вдоль трека частицы возникает цепочка искровых разрядов (либо
локально светящиеся области газа). Цепочка искр воспроизводит
траекторию частицы. История И. к. начинается с 1949, когда Дж. У.
Койффел (J. W. Keuffel) впервые наблюдал искровой разряд между
параллельными пластинами, вызванный прохождением частицы. В 1957 Т.
Краншоу (Т. Е. Cranshow) и И. де Бир (I. F. de Beer) применили подачу
высоковольтного напряжения на И. к. в форме импульса тотчас после
прохождения частицы. Применение И. к. в физике элементарных частиц высоких энергий началось после работы С. Фукуи (S.
Fukui) и С. Миямото (S. Miyamoto) (1959), к-рые использовали для
наполнения И. к. инертные газы Не, Ne, Аr. Их отличит, характеристика -
отсутствие у атомов электронного сродства. В результате этого время
образования искры сильно укорачивается, уменьшаются врем, флуктуации,
что приводит к существенному улучшению эффективности (вероятности
регистрации частицы) И. к. Обычно применяются Ne или Ne+He (70/30),
к-рые медленно продуваются через объём И. к.
Электроды И. к. обычно плоские (площадь пластин от десятков см2 до неск. м2),
но могут использоваться камеры со сферич. и цилиндрич. геометрией.
Большое распространение получили т. н. проволочные И. к., электроды
к-рых состоят из множества параллельных проволочек. В экспериментах на
ускорителях применяются И. к. с площадью электродов в неск. м2,
состоящих из тысяч проволочек, натянутых на расстоянии неск. мм друг от
друга. Электрич. сигналы, возникающие на проволочных электродах,
используются для получения (съёма) информации о координате частицы.
В узкозазорных И. к. (ширина зазора 1-2 см) искра появляется в месте
прохождения заряж. частицы, но следует по направлению внеш. электрич.
поля, т. е. перпендикулярно электродам. В эксперименте одновременно
применяют много И. к. (стопка) и траектории частиц прослеживаются по
картине искр в этих камерах.
В широкозазорных И. к. (ширина зазора 10 см) искра следует вдоль
траектории (трека) частицы: соседние лавины, образующиеся вдоль
ионизованного следа (трека), сливаются вместе и образуют плазм, канал,
по к-рому протекает искровой ток. Широкозазорные И. к. регистрируют
частицу в виде светящегося трека, следующего в пространстве по
направлению траектории заряж. частицы, в т. ч. и при наличии магн. поля,
до тех пор, пока угол между направлениями электрич. поля Е и траекторией частицы v[45-50°.
При больших углах наступает т. н. проекционный режим, когда вместо
одного трека образуется много слабосветящихся искр вдоль направления
поля (перпендикулярно электродам). Широкозазорные И. к. регистри руют
десятки одноврем. треков в камере с эффективностью ~100%. Угл. точность
следования искры вдоль
траектории частиц ~1 мрад. Для регистрации треков при v>50°
(вплоть до 90°, см. рис.) используют стримерный режим, при к-ром
развитие стримера начинается с каждого первичного электрона и обрывается
на длине неск. мм (см. Стримерная камера).
Высоковольтное
напряжение подаётся на И. к. с помощью триггерного устройства,
срабатывающего по сигналу телескопа счётчиков. Основой высоковольтного
контура для узкозазорных камер является ёмкость с накопленной энергией,
передаваемой заданный момент на И. к. В Ne рабочее напряжениь ~10 кВ.
Для питания широкозазорных камер используются многоступенчатые
импульсные генераторы типа Аркадьева-Маркса, т. к. на камеру с зазором
20-30 см используется напряжение ~200 - 300 кВ. Импульс необходимо
подавать как можно быстрее после момента прохождения частицы, чтобы
электроны ионизации, созданные вдоль трека в камере, не прилипли к
эл--отрицат. атомам и не отошли за счёт диффузии далеко от трека. Обычно задержка ~100 нс, длительность импульса десятки нс. Для очистки объёма узкозазорных И. к. от зарядов,
созданных предыдущими частицами, на камеру подаётся пост, напряжение
(200 В), при этом достигается "время памяти" t~1 мкс. В широкозазорных
И. к. такое малое t достигается с помощью малых добавок эл--отрицат.
газов.
Существует неск. способов съёма информации с И. к. Фотографич. метод.
Использовался при исследовании космич. лучей и в ранних экспериментах на
ускорителях. Неудобства метода - в его медленности (ограниченной
механич. свойствами фотоаппарата) и отсутствии быстрой информации в
"реальном времени". Акустич. метод. Локализация искры определяется
интервалом времени между образованием искры и приходом звуковых сигналов
к микрофонам, расположенным в разл. частях камеры. Недостаток -
сложность регистрации неск. одноврем. событий. В идиконный метод.
Состоит в регистрации оптич. сигнала от И. к. При этом производится
"оцифровывание" адресов искры с помощью видикона. Недостаток - низкая
чувствительность видиконов
(ниже, чем у фотоплёнки). Все 3 метода используются в магн. поле.
Для проволочных И. к. используются след, способы съёма информации. Метод
ферритовых колец, к-рые нанизываются на каждую нить И. к. При
прохождении импульса тока через нить её кольцо меняет одно намагнич.
состояние на другое. Через кольца продеты считывающие проволоки,
связанные с ЭВМ. Ограничений по числу одновременно регистрируемых искр
нет. Один искровой промежуток в проволочной И. к. даёт лишь одну
координату. Для регистрации второй координаты применяется второй
промежуток, но перевёрнутый на 90°. Магнитострикц. метод. Электроды И. к. изготавливаются из ферромагн. проволок, изменяющих размеры при намагничивании
(Ni и др.). На конец каждой проволочки надето считывающее кольцо. Искра
производит локальную деформацию, распространяющуюся вдоль нити. Время
задержки между прохождением искры и регистрацией кольцом сигнала от неё
даёт координату. Метод распределения тока. На противоположных концах
каждой нити измеряется токовый сигнал от одной и той же искры. Если нить
однородна, сигналы делятся в отношении сопротивлений соответствующих
участков нити. Отношение сигналов определяет координату искры. Осн.
преимущество этого метода - быстрое считывание (через 200 нс после
события).
Основные характеристики И. к.: координатная точность 0,3-1 мм; время
памяти 0,5-1 мкс; частота срабатывания 10-100 Гц; И. к. регистрирует
многочастичные события (до сотен частиц).
И. к. просты в изготовлении и эксплуатации даже при очень больших
размерах. Они удачно сочетают свойства таких трековых детекторов, как пузырьковая
камера (точная локализация траекторий заряж. частиц, высокое пространств, разрешение), и таких электронных детекторов, как сцинтилляционные детекторы
(высокое быстродействие и временное разрешение). И. к. широко
применялись в 1960-75, однако в дальнейшем наибольшее применение
получила стримерная камора.
Б. А. Долгошеик
Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.