Дрейфовая камера

Шаблон:Проведена экспертиза РАН Дре́йфовая ка́мера — устройство для высокоточного измерения координат частиц по времени дрейфа электронов в газе от источника ионизации до сигнального детектора.

Физические основы

Рис. 1. Цилиндрическая дрейфовая камера

Файл:Устройство дрейфовой камеры.jpg

Рис. 2. Схема устройства цилиндрической дрейфовой камеры

Дрейфовая камера представляет собой наполненный газом ионизационный координатный детектор, внутри которого натянуто множество проволок, подключённый к аноду. Внутри камеры создаётся однородное электрическое поле в момент пролёта частиц через камеру. При этом в объёме камеры в результате ионизации появляются свободные электроны, дрейфующие в электрическом поле вдоль анодных проволочек, создавая электронные лавины. Измеряя время от момента создания поля в камере до прихода электронных лавин к детектору, расположенному в конце камеры, получают координаты частиц, вызвавших возникновение электронной лавины (или ионизацию газовой среды с образованием свободных электронов).

Параметрами дрейфовой камеры являются пространственное ($0,1-0,2$ мм) и временное (единицы наносекунд) разрешение и быстродействие. В зависимости от типа камер (плоские, цилиндрические, сферические) эти параметры различны. Напряжённость электрического поля в дрейфовых камерах различно, в зависимости от конструкции; в среднем составляет величину $\thickapprox 1$ кВ/см. Физические размеры дрейфовых камер различны, например, в ЦЕРНе дрейфовая камера имеет размеры $2\times 4\times 5$ м³.

Газовой смесью в дрейфовых камерах служат инертные газы (например, аргон, ${\ce {Ar}}$, гелий, ${\ce {He}}$, ксенон, ${\ce {Xe}}$) с добавками газообразных углеводородов (в частности, используется метан, ${\ce {CH4}}$, а также бутан, ${\ce {C4H10}}$ и другие вещества, ${\ce {C2H6}}$, ${\ce {iC4H10}}$, ${\ce {CO2}}$, ${\ce {CF4}}$.

Мультиэлектродная пропорциональная камера (т. н. камера Шарпака) была изобретена Ж. Шарпаком в 1968 году в Европейском центре по ядерным исследованиям (ЦЕРН, Женева), за что ему в 1992 году была присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие и создание детекторов частиц, в частности, многопроволочной камеры».

На рисунках 1 и 2 представлены внешний вид цилиндрической дрейфовой камеры (многопроволочной пропорциональной камеры) и схема её устройства.

Применение

Дрейфовые камеры используются в научных целях, экспериментальной физике элементарных частиц, в ускорителях высоких энергий в качестве детектора частиц вокруг мишени или при столкновениях пучков частиц (в ускорителях высоких энергий и на встречных пучках используются чаще всего плоские дрейфовые камеры).

Литература

• Заневский Ю. В. Проволочные детекторы элементарных частиц. — Москва : Атомиздат, 1978.
• Клайнкнехт К. Детекторы корпускулярных излучений. — Москва : Мир, 1990.
• Групен К.. Детекторы элементарных частиц. — Новосибирск : Сибирский хронограф, 1999.

Ссылки

• Физические принципы детектирования элементарных частиц
• Georges Charpak
• Partical detectors

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Дрейфовая камера», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Дрейфовая_камера» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».