Координатные детекторы (позиционно-чувствительные детекторы) - детекторы элементарных частиц, ядерных
фрагментов, тяжёлых ионов, способные с высокой точностью локализовать отдельные
точки их траекторий. С помощью К. д. определяют место прохождения, углы вылета,
а по отклонению в магн. поле - импульсы заряж. частиц. К. д. позволяют реконструировать
сложную пространств. картину взаимодействия ядерных частиц в веществе, в т.
ч. множественного рождения, каскадного размножения, рассеяния и излучения.
Различают трековые (визуальные)
К. д. (Вильсона камера ,диффузионная камера, разрядно-конденсационная
камера, пузырьковая камера, искровая камера, стримерная камера, ядерная фотографическая
эмульсия); годоскопич. К. д., содержащие плотно упакованные детекторы малого размера [ионизационные камеры, Гейгера счётчики, разрядные трубки,
стримерные трубки (дрейфовые), сцинтилляционные детекторы и полупроводниковые
детекторы, приборы С зарядовой связью (ПЗС-детекторы]; )многоэлектродные
(многопроволочные) К. д. [газовые и жидкостные ионизац. камеры, пропорциональные
камеры, дрейфовые камеры (рис. 1), стриповые полупроводниковые детекторы].
Координаты траекторий частиц определяют по их трекам (следам) в трековых координатных
детекторах или по номерам каналов (проволочек), где возникает сигнал.
Рис. 1. Пакет плоских дрейфовых
камер (размером Зм
0,8
м) с 
=0,2
мм.
Действие К. д. основано
на локальном преобразовании малых порций энергии, затраченных частицей на ионизацию
и возбуждение атомов вещества, в макроскопич. сигнал, несущий информацию о месте
прохождения частицы. Это достигается с помощью лавинообразного усиления в метастабильной
рабочей среде трекового К. д. (пересыщенный пар и т. п.) либо за счёт ускоряющего
электрич. поля и (или) благодаря внеш. электронному
устройству (усилителю, фотоэлектронному умножителю и т. п.).
Рис. 2. а - Схема шестигранной
пропорциональной камеры (длина 0,8 м, 
=45мкм);
б - распределение результатов координатных измерений.
Из-за диффузии электронов
и ионов, образованных на пути частицы, их дрейфа в электрич. поле, уширения
сгустков ионизации в процессе усиления (или следа в трековом К. д.), а также
вследствие дискретной структуры К. д. (рис. 2, а)измеренная координата
х к--л. точки траектории частицы отличается на величину 
от её истинного значения. Среднеквадратичное отклонение значений 
(рис. 2, б)определяет координатное разрешение 
детектора. Как правило, 
мм (табл.).
Рис. 3. Двухчастичный распад Z°-бозона (на экране дисплея ЭВМ), зарегистрированный дрейфовой камерой ускорителя-коллайдера Лаборатории им. Э. Ферми (США).
Координатное разрешение
детекторов
В ядерной фотоэмульсии,
небольших пузырьковых камерах
с голографич. регистрацией треков, в стримерных камерах высокого давления, стриповых
детекторах и матрицах ПЗС 
=0,5-25
мкм. Благодаря столь высокому разрешению их используют в качестве т. н. вершинных
детекторов при исследовании частиц высоких энергий для получения детальной информации
о процессах в "вершине" взаимодействия (см. Комбинированные системы
детекторов). Варьируя расстояние между электродами, состав вещества, режим
(температуру, давление, напряжённость электрич. поля, а в управляемых К. д.- амплитуду,
длительность и запаздывание управляющего импульса), можно увеличить координатное
разрешение. В многопроволочных К. д.
этой цели иногда достигают,
определяя координаты "центра тяжести" распределения амплитуд сигналов,
наведённых на ближайших к месту прохождения частицы сигнальных проволочках.
Аналогичный метод используют в годоскопических и многопроволочных ливневых
спектрометрах (спектрометрах полного поглощения) для определения координат частицы,
образующей эл--магн. или электронно-ядерный ливень. Здесь 
=
(ГэВ)
мм, где 
-энергия
частицы (улучшение 
с ростом 
связано с увеличением числа спектрометрич. каналов, используемых для определения
координат центра тяжести ливня). Т. к. в каждой плоскости годоскопического или
многопроволочного К. д., как правило, определяется только одна координата (х), то для измерения др. координаты (у)соседние параллельные плоскости
К. д. поворачивают на 90° относительно друг друга. В тех случаях, когда
допустима меньшая точность измерений второй координаты (напр., при измерении
импульса частицы по магн. отклонению), её определяют, снимая сигналы с электродов
др. полярности, методом деления токов на сигнальной проволочке, по времени распространения
сигнала вдоль электрода и т. д.
Рис. 4. Многочастичное
событие, зарегистрированное многопроволочными дрейфовыми камерами на ускорителе-коллайдере
(ЦЕРН).
Информация от многоканальных
К. д. передаётся для обработки на ЭВМ и может быть визуализована на экране дисплея
(рис. 3). Фильмовая информация с трековых К. д. обрабатывается на просмотровых
автоматизированных устройствах. Развиваются и бесфильмовые методы съёма трековой
информации на основе передающих телевизионных трубок или матриц ПЗС, объединённых
с электронно-оптич. усилителями. При этом различие между трековыми, годоскопическими
и многопроволочными К. д. стирается.
К. д. используются в экспериментах на ускорителях (рис. 4), для решения задач ядерной физики и при исследовании космич. излучения. Применение К. д. сделало возможным обнаружение нек-рых элементарных частиц и их распадов. К. д. применяют также в др. исследованиях, связанных с регистрацией частиц: в физике плазмы, в гамма- и нейтринной астрономии, при изучении радиоакт. распада, для целей неразрушающего контроля и в медицине.
Г. И. Мерзон
|
|
 |
