Трековый детектор

 

Изобретение относится к устройствам для регистрации следов заряженных частиц и может быть использовано в физике элементарных частиц в экспериментах на ускорителях. Цель изобретения - расширение диапазона измере-ний путем увеличения предельно допустимых загрузок - достигается введением новых элементов. Трековый детектор содержит ядерную фотоэмульсию 1, расположенную между электродами 2, 3, один из которых заземлен, а другой соединен с источником импульсного напряжения 4, и помещенную в светонепроницаемую оболочку 5, заполненную газообразным или жидким диэлектриком 6. Увеличение предельно допустимых загрузок достигается введением между ядерной фотоэмульсией и электродами диэлектрических пластин, причем толщина диэлектрической пластины d, выбирается из соотношения (U/2Enpn) :d,6(E,/2g,)-(U/Epp -d,), где и - прикладываемый к электродам потенциал , d - толщина ядерной фотоэмульсии , ЕПО.Э и Е пр. п напряженности пробоя ядерной фотоэмульсии и диэлектрических пластин, 6э и „ - относительные диэлектрические проницаемости ядерной фотоэмульсии и диэлектрических пластин. 1 ил. О (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 25 А2 (S1) 4 G 01 Т 5/10

il3 „ .

t ет (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

agfig0,;- °

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1328776 (21) 3954522/31-25 (22) 17.09.85 (46) 30.04.88. Бюл. N - 16 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Е.М.Гущин, А.Н.Лебедев, А.10.Лопырев, С.В.Сомов и Г.И. Типографщик (53) 771.534.537.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1328776, кл. С 01 Т 5/10, 1984. (54) ТРЕКОВЫЙ ДЕТЕКТОР (57) Изобретение относится к устройствам для регистрации следов заряженных частиц и может быть использовано в физике элементарных частиц в экспериментах на ускорителях. Цель изобретения — расширение диапазона измере.ний путем увеличения предельно допустимых загрузок — достигается введением новых элементов. Трековый детектор содержит ядерную фотоэмульсию 1, расположенную межпу электродами 2, 3, один из которых заземлен, а другой соединен с источником импульсного напряжения 4, и помещенную в светонепроницаемую оболочку 5, заполненную газообразным или жидким диэлектриком

6. Увеличение предельно допустимых загрузок достигается введением между ядерной фотоэмульсией и электродами диэлектрических пластий, причем толщина диэлектрической пластины с „, выбирается из соотношения (V/2Å„ „ )

1„(Е„/Ы ) ° (ИE.„-a,,), где И прикладываемый к электродам потенциал, 4э — толщина ядерной фотоэмульсни, Е,р з и Е „0 „ — напряженности пробоя ядерной фотоэмульсии и диэлектрических пластин, Е з и Е„ относительные диэлектрические проницаемости ядерной фотоэмульсии и диэлектрических пластин. 1 ил.

1 3 9? -I 2 4

Изобретение относится к ус тройствам для регистрации следов заряженных частиц, может быть испо:Ihзовано в физике элементарных частиц в зкспериментах на ускорителях и является усовершенствованием изобретения по авт. св. N - 1328776.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений путем увеличения предельно допустимых загрузок.

На чертеже изображена схема детектора.

Детектор состоит иэ ядерной фотоэмульсии 1, электродов 2 и 3, источника 4 импульсного напряжения, свето1 непроницаемой оболочки 5, газообразного или жидкого диэлектрика 6, триг— гера 7 и диэлектрических пластин 8.

Элементы устройства связаны таким образом, что ядерная фотоэмульсия 1, расположенная между электродами 2 и

3, один из которых заземлен, а другой соединен с источником 4 импульсного напряжения, помещена в светонепрони- 25 цаемую оболочку 5. Оболочка заполнена газообразным или жидким диэлектриком

Ь, а между ядерной фотоэмульсией 1 и электродами 2 и 3 установлены диэлектрические пластины 8, причем тол- ЗО щина диэлектрической пластины выбрана из соотношения

U Е„v — — — (dn б —,-"-(-- — — d,), 2Епр „" 2Яэ 2Ер з где о — прикладываемый к электродам 35 потенциал; толщина яиерной фотоэмульэ сии; np э и E„ — напряженности пробоя ядерной 40 пр,g фотоэмульсии и лиэлектрических пластин;

Яэ и Е„ — относительные диэлектрические проницаемости ядерной фотоэмульсии и диэлектричес- 45 ких пластин

Трековый детектор работает следующим образом.

После прохожпения полезной частицы на электроды детектора поступает импульс напряжения, создающий в эмульсионных микрокристаплах АВВг напря5 женность электрического поля Е 10

10 В/см. В таких полях за счет лавинного размножения электродов создаются условия, достаточные для образования центров скрытого изображения, на которых при появлении ядерной фотоэмульсии формируется трек частицы.

Предельно допустимая загрузка детектора г

1 иа

z =--(-и 46 о где и,и

2 и (1)

В 48 и о чувствительность ядерной фотоэмульсии с приложением электрического поля и без него, выражаемая линейной плотностью проявленных на треке частицы зерен; глубина зрения просмотрового микроскопа (обычно = 4-5 мкм); и — объемная плотность зерен

B вуали проявления (лВ с 2 10 э мкм э )

Чувствительность и является характеристикой ядерной фотоэмульсии и не зависит от приложенного электрического поля. Чувствительность и зависит от Е: и - n exp fa (E) d»); (2)

Е = ††--- — — Еэ, (3)

2+аз,/ск.(4) V

Е Э д ь э где м,(Е) коэффициент ударной ионизации; эффективный диаметр эмульсионных микрокристаллов; относительная диэлектриэ<у к ческая проницаемость эмульсионных микрокристаллов; толщина эмульсии; напряженность электрического поля в ядерной фотооз

Еэ эмульсии.

Как следует из (1)-(4), предельно допустимая загрузка в большой степени зависит от напряженности электрического поля. Поэтому при работе детектора прикладываемый к электродам потенциал выбирают таким, чтобы значение Еэ было максимальным, т.е. близким к напряженности электрического пробоя ядерной фотозмульсии Е„

Однако это приводит к снижению надежности детектора, так как в результате случайного пробоя ядерной фотоэмульсии детектор выходит из строя, поскольку при этом разрушается поверхность электродов, на месте пробоя

1 Зс»252" »

15

U — — — с dëñ

2Е,р,п где U

45 с1

Епр. л 1». »l

Е, Е„

1 Ерп,и (7) Ь Епр>

2d„E, Тираж 522

ВНИИПИ Заказ 1888/51

Подпис ное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 в ядерной фотоэмульсии образуется лрсводящий канал, существенно понижающий Е„, и при следующем после I»po боя приложении электрического поля потенциал на электродах детектора уже не достигает рабочей величины.

Кроме того, предельно допустимая загрузка в любом случае не может превысить значение, получаемое при Е а Е» р з ° !!апряженность электрического поля в многослойной системе, представленной на чертеже:

Ез (5) э/Еп 2dn

Если Е Е д, то при подаче на электроды детектора импульса напряжения происходит локальный пробой ядерной фотоэмульсии и прикладываемый потенциал действует на удвоенную толщину диэлектрической пластин1». Однако если при этом выполняется условие

«2с»- Е»»р . ° (6) и то пробой диэлектрической пластины и разрушение электродов не происходят.

В этом случае детектор сохраняет работоспособность, поскольку при следующем приложении электрического поля, хотя и происходит повторный пробой ядерной фотоэмульсии, однако он локализован в ослабленном месте ядерной фотоэмульсии, т.е. в области первого пробоя, падение потенциала на электродах детектора отсутствует, так как сопротивление межэлектродного промежутка остается высоким. Вследствие того, что поперечные размеры пробоя составляют 10 мкм, что много меньше размеров детектора (В 1 см), при каждом срабатывании детектора выходит из строя незначительная по сравнению со всей ядерной фотоэмульсией ее часть.

Как следует из (5) и (6), рабочая напряженность электрического поля в ядерной фотоэмульсии, а следовательно, и в микрокристалле, в этом случае может быть увеличена в раз по сравнению с детектором без лиэлектрически:: пластин. Соответственно увеличивается 1» предельно допустимая эагрузка.

Если F, . F.„, то предпагаемый детектор работает так же, как детектор без диэ Ipêòðè÷åñêèõ пластин, однако его надежность су»яественно повышается, поскольку случайный пробой ядерной фотоэмульсии при выполнении условия (6) не приводит к выходу детектора из строя.

Экспериментально было показано, что для ядерной фотоэмульсии толщиной с1з=200 мкм (Е, «-0,75 » 1В/см) введение между ядер»»ой фотоэмульсией и эпектродами диэлектрических пластин из лавсана (Е„ „ = 10 МВ/см), толщиной

=20 мкм каждая увеличивает рабои чую напряженность электрического поля приблизительно до 1,35 »1В/см, т.е. в

1,8 раза. Соотношение (7) дает увеличение напряженности электрического

25 поля в ядерной фотоэмульсии в 1,75 раза. При этом детектор работает стабильно и выдерживает многократное приложение электрического поля. формула изобретения

Трековый детектор по авт. св.

Ф 1328776, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазо35 на измерений путем увеличения предельно допустимь»х загрузок, между ядерной фотоэмульсией и электродами установлены диэлектрические пластины, причем толщина d, диэлектрической пластины выбрана из соотношения прикладь»ваемь»й к электродам потенциал; толщина ядерной фотоэмульсии; напряженности пробоя ялерной фотоэмульсии и диэлектр»»чес" ких пластин; относительные диэлектрические проницаемости ядерной фотоэмульсии и диэлектрических пластин.