Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Пропорциональный счетчик, регистрирующий заряженные частицы и фотоны.
Proportional counter that detects charged particles and photons
Проводная камера или многопроводная пропорциональная камера – это тип пропорционального счетчика, который регистрирует заряженные частицы и фотоны и позволяет определять положение частиц по траектории их движения, отслеживая следы газовой ионизации.
A wire chamber or multi wire proportional chamber is a type of proportional counter that detects charged particles and photons and can give positional information on their trajectory, by tracking the trails of gaseous ionization.
Описание
Многопроводная камера использует массив проводов высокого напряжения (анод), проходящих через камеру с проводящими стенками, удерживаемыми на потенциале земли (катод). Альтернативно, провода могут быть заземлены, а катод – поддерживаться на высоком отрицательном напряжении; главное, чтобы однородное электрическое поле притягивало дополнительные электроны или отрицательные ионы к анодным проводам с минимальным поперечным перемещением. Камера заполняется тщательно подобранным газом, например, смесью аргона и метана, так что любая ионизирующая частица, проходящая через камеру, ионизирует окружающие газообразные атомы. Образующиеся ионы и электроны ускоряются электрическим полем внутри камеры, вызывая локализованный каскад ионизации, известный как лавина Таунсенда. Этот каскад собирается на ближайшем проводе, создавая заряд, пропорциональный эффекту ионизации обнаруженной частицы. Путем обработки импульсов со всех проводов можно определить траекторию частицы. К адаптациям этой базовой конструкции относятся камеры с тонким зазором, резистивные пластины и дрейфовые камеры. Дрейфовая камера, в свою очередь, подразделяется на различные типы, предназначенные для конкретных применений в конструкциях камер, такие как камеры с временной проекцией, микрополосковые газовые камеры и детекторы на основе кремния.
The multi wire chamber uses an array of wires at high voltage (anode), which run through a chamber with conductive walls held at ground potential (cathode). Alternatively, the wires may be at ground potential and the cathode held at a high negative voltage; the important thing is that a uniform electric field draws extra electrons or negative ions to the anode wires with little lateral motion. The chamber is filled with carefully chosen gas, such as an argon/methane mix, such that any ionizing particle that passes through the tube will ionize surrounding gaseous atoms. The resulting ions and electrons are accelerated by the electric field across the chamber, causing a localised cascade of ionization known as a Townsend avalanche. This collects on the nearest wire and results in a charge proportional to the ionisation effect of the detected particle. By computing pulses from all the wires, the particle trajectory can be found. Adaptations of this basic design are the thin gap, resistive plate and drift chambers. The drift chamber is also subdivided into ranges of specific use in the chamber designs known as time projection, microstrip gas, and those types of detectors that use silicon.
Разработка
В 1968 году Жорж Шарпак, работая в Европейской организации ядерных исследований (CERN), изобрел и разработал многопроволочную пропорциональную камеру (MWPC). Это изобретение принесло ему Нобелевскую премию по физике в 1992 году. Камера стала усовершенствованием по сравнению с более ранней пузырьковой камерой, увеличив скорость регистрации с одной-двух частиц в секунду до тысячи частиц в секунду. MWPC генерировал электронные сигналы при регистрации частиц, что позволяло ученым анализировать данные с помощью компьютеров. Многопроволочная камера является развитием искровой камеры.
In 1968, Georges Charpak, while at the European Organization for Nuclear Research (CERN), invented and developed the multi wire proportional chamber (MWPC). This invention resulted in him winning the Nobel Prize for Physics in 1992. The chamber was an advancement of the earlier bubble chamber rate of detection of only one or two particles every second to 1000 particle detections every second. The MWPC produced electronic signals from particle detection, allowing scientists to examine data via computers. The multi wire chamber is a development of the spark chamber.
Использование
Для экспериментов в области физики высоких энергий он используется для наблюдения траектории частицы. Долгое время для этой цели использовались пузырьковые камеры, но с улучшением электроники возникла потребность в детекторе с быстрым электронным считыванием. (В пузырьковых камерах делались фотосъемки, а затем изучались полученные отпечатки.) Проводная камера представляет собой камеру с множеством параллельных проводов, расположенных в виде сетки и подключенных к высокому напряжению, при этом металлический корпус заземлен. Как и в счетчике Гейгера, частица оставляет след из ионов и электронов, которые дрейфуют к корпусу или ближайшему проводу соответственно. Определяя провода, на которых зарегистрирован импульс тока, можно восстановить траекторию частицы. Камера обладает очень хорошим относительным временным разрешением, высокой точностью определения положения и способностью к самоспуску (Ferbel 1977). Разработка камеры позволила ученым изучать траектории частиц с гораздо большей точностью, а также впервые наблюдать и исследовать более редкие взаимодействия, возникающие при взаимодействии частиц.
For high energy physics experiments, it is used to observe a particle's path. For a long time, bubble chambers were used for this purpose, but with the improvement of electronics, it became desirable to have a detector with fast electronic read out. (In bubble chambers, photographic exposures were made and the resulting printed photographs were then examined.) A wire chamber is a chamber with many parallel wires, arranged as a grid and put on high voltage, with the metal casing being on ground potential. As in the Geiger counter, a particle leaves a trace of ions and electrons, which drift toward the case or the nearest wire, respectively. By marking off the wires which had a pulse of current, one can see the particle's path. The chamber has a very good relative time resolution, good positional accuracy, and self triggered operation (Ferbel 1977). The development of the chamber enabled scientists to study the trajectories of particles with much improved precision, and also for the first time to observe and study the rarer interactions that occur through particle interaction.
Дрейф-камеры
Если также точно измерить время импульсов тока в проводах и учесть, что ионам требуется некоторое время для дрейфа к ближайшему проводу, можно определить расстояние, на котором частица прошла мимо провода. Это значительно повышает точность реконструкции траектории и известно как дрейфовая камера. Дрейфовая камера функционирует за счет баланса между потерей энергии частицами в результате столкновений с частицами газа и приобретением энергии, создаваемой сильными электрическими полями, используемыми для ускорения частиц. Конструкция аналогична многопроводной пропорциональной камере, но с большим расстоянием между проводами центрального слоя. Детектор CDF II в Фермилабе содержит дрейфовую камеру, называемую Центральным внешним трекером. Камера содержит аргон и этан, а провода разделены промежутками в 3,56 миллиметра. Использование двух дрейфовых камер с проводами, ориентированными ортогонально друг к другу, и обеими ортогональными направлению пучка, позволяет получить более точное определение положения. Если дополнительный простой детектор (например, используемый в счетчике вето) применяется для обнаружения частицы на фиксированном расстоянии до или после проводов с низким или нулевым позиционным разрешением, можно выполнить трехмерную реконструкцию и определить скорость частицы по разнице во времени прохождения частицы через различные части детектора. Такая установка позволяет создать детектор, называемый камерой временной проекции (ТПК). Для измерения скорости электронов в газе (скорости дрейфа) существуют специальные дрейфовые камеры – камеры измерения скорости дрейфа, которые измеряют время дрейфа для известного места ионизации.
If one also precisely measures the timing of the current pulses of the wires and takes into account that the ions need some time to drift to the nearest wire, one can infer the distance at which the particle passed the wire. This greatly increases the accuracy of the path reconstruction and is known as a drift chamber. A drift chamber functions by balancing the loss of energy from particles caused by impacts with particles of gas with the accretion of energy created with high energy electrical fields in use to cause the particle acceleration. Design is similar to the multi wire proportional chamber but with a greater distance between central layer wires. The Fermilab detector CDF II contains a drift chamber called the Central Outer Tracker. The chamber contains argon and ethane gas, and wires separated by 3.56 millimetre gaps. If two drift chambers are used with the wires of one orthogonal to the wires of the other, both orthogonal to the beam direction, a more precise detection of the position is obtained. If an additional simple detector (like the one used in a veto counter) is used to detect, with poor or null positional resolution, the particle at a fixed distance before or after the wires, a tri dimensional reconstruction can be made and the speed of the particle deduced from the difference in time of the passage of the particle in the different parts of the detector. This setup gives us a detector called a time projection chamber (TPC). For measuring the velocity of the electrons in a gas (drift velocity) there are special drift chambers, velocity drift chambers, which measure the drift time for a known location of ionisation.