КАМЕРА ЗА МЕХУРИ е

- устройство за записване на следи (следи) заряд. частици, чието действие се основава на кипене на прегрята течност по траекторията на частицата.

Историческа справка. Д. А. Глейзър (D. A. Glaser) през 1952 г. в търсене на заряд за детектор на писти. частици, по-ефективни от използваните по това време (ядрени фотографски емулсии, камера на Уилсъни дифузионна камера), привличат вниманието към работата на K. L. Wismar и други (1922-24). Диетилов етер (при нормални условия, кипене при температура 5Т6= 34,6 °С), нагрят под налягане от 20 atm до +130 °C, се разширява до 1 atm. Той обаче не кипна с часове. След довеждане на температурата до 140 ° C, тя кипи на произволни интервали. Глейзър установи, че честотата на кипене съответства на честотата на преминаване на пространството. частици на морското равнище. Той повтори експеримента, като постави броячи на Гайгер над и под колбата с етер. Ефервесценцията е мигновена в присъствието на радиоактивния акт. източник. Високоскоростното заснемане установи, че кипенето започва по траекторията на заряда. частици.

Първият P. до (1954) е металик. камера със стъклени прозорци за осветление и снимане, пълна с течен водород. В бъдеще P. to създаде и усъвършенства във всички лаборатории по света, оборудвани с ускорители на заряда. частици. Започвайки от конус с обем 3 cm 3, размерът на P. до достига няколко. m 3, например. Камера SKAT (IHEP, СССР) 8 m 3, "Mirabel" (Франция - СССР) 12 m 3, голяма европейска P. k. (CERN) повече от 30 m 3, P. k.FNAL(Батавия, САЩ) St. 40 м 3. Повечето П. до. имат обем

1 м 3. (За изобретението P. to. Glazer е удостоен с Нобелова награда през 1960 г.)

Образуване на мехурчета. Бързо зареждане. частицата избива електрони по пътя си в веществоторазлични енергии (s-електрони). Електроните с достатъчно високи енергии, отдалечавайки се от траекторията, на свой ред избиват вторични s-електрони и т.н. В резултат на множество сблъсъци с течни атоми, s-електроните се забавят близо до траекторията и причиняват допълнителни. нагряване на течността в областта с радиусr.Това води до образуване на центрове на кипене - ядра. Полученото ядро ​​на мехурче с радиусrе по-голямо от някои критични.rcr ще нарасне поради изпарението на околната течност във вътрешността. мехурчеста кухина. Стойносттаrkr се определя от връзката

Тук s е повърхностното напрежение на течността на границата течност-пара при температураT;-равновесно налягане на парите върху безкрайно плоска повърхност на течността;pn-налягане, при което има прегрята течност; V F, V P - удари. обеми течност и пара. Разликата в налягането, наречена прегряване на течността, се осъществява чрез промяна на обема с DV/V= (0,5-2)% за различните камери. Времето за разширяване, т.е. времето, през което налягането се променя отгоре. стойности, които надвишават с 1,5-2 atm или повече, до , равни на 5-20 ms (Фиг. 1).

Ориз. 1. Схема на работните цикли на мехурчестата камера: - забавяне на светкавицата за растеж на мехурчета - време между работните цикли; - време за разширяване.

камера

Експериментално е установена зависимостта на броя мехурчета h на единица дължина на писта (плътност на мехурчета) за еднократно заредена бърза честота от нейната скоростu: n=A/b 2 , b =u/c.

(2)

Тукeе зарядът на електрона,mе неговата маса, r е плътността на течността,Nе числото на Авогадро, Z0 е броят на електроните в молекулата на течността, Z е зарядът на частицата, m е молът. тегло, -енергията на d-електрон, способен да създаде ядрото на един мехур. Високоенергийните електрони, отдалечавайки се от траекторията на частицата и избивайки d-електрони, образуват следа от верига от мехурчета (фиг. 2, 3). Електроните с ниска енергия няма да създадат критични мехурчета. размер; мин. енергията, необходима за създаване на критично балонно ядро. размер в

частици

Ориз. 2. Снимки на следи от частици, получени във водородната камера на ОИЯИ "Людмила"; 5Н6 = 2.6 Т; облъчване с антипротони 22,4 GeV/s на ускорителя на IHEP. В точкатаAвъзниква анихилация p+:4p + +4p - . Бързият p + взаимодейства втори път в точкатаB: p + +p:p+p + +p + +p - , по пътя образувайки енергичен d-електрон в точкатаB; p + , образувана в точка B, усукваща магнет. поле в спирала, забавя се до спиране и се разпада по схемата p + :m + +е + .

пропан е 390 eV, във водород - 165 eV. Освен това, в пропанpd=100 cm -1 , във водород - 56 cm -1 . В повечето експерименти се получават 15 мехурчета на 1 см от пистата. Това означава, чеn.nd, т.е. че не всеки d-електрон, способен да създаде зародишен мехур, го създава и че не всеки зародиш расте до размера на балон, видим в конвенционалната фотография. В процеса на образуване и растеж на мехурчетата, те се "свиват" от нарастващото налягане поради кипене, както и сливането на близките мехурчета. Фотографиране с прецизна оптика или холографско. метод на регистриране (вижтеХолография) на ранен етап от образуването на мехурчета даваnблизо до nd. Плътността на мехурчетата се увеличава с увеличаване наTи Dp, тъй като в този случай образуването на ядра изисква по-малко енергия от d-електрони.

камера

Ориз. 3. Снимки на следи от частици, получени с пропанова камера (ОИЯИ);5H6 = 51.556T; облъчване с релативистични ядра на синхрофазотрона (ОИЯИ). Ядрото 22 Ne с импулс от 92,4 GeV / s в точка А взаимодейства с Ta мишена (тъмни напречни ивици - Ta плочи), образувайки St. 50 заредени частици. Плътните следи принадлежат на спиращите протони. Излъченият g-квант (отAдоB) в точкаBсе преобразува в e - - e + -двойка; в точкаBсе излъчва g-квант, даващ комптон електрон в точкаГ.

работни течности. Наиб. широко използвани: течен водород, деутерий, хелий и смес от водород и неон (криогенен P. to.); пропан, фреони, ксенон и техните смеси (тежки течни P. to.). За изследване на взаимодействията с протони се използва течен водород (фиг. 2), а с неутрони – деутерий. Xe, пропан и други тежки течности са удобни за изучаване на процеси, придружени от образуването на електронно-фотонни душове (фиг. 3). Смес от водород и Ne също е добър детектор на гама лъчи (вижтеГама радиация).Някои характеристики на работните течности са дадени в таблица

Характеристики на течностите, които най-често се използват в балонни камери

Измерванията на импулса и определянето на знака на заряда на бързите частици се извършват по кривината на траекторията в DC. магн. поле Н (фиг. 2, 3). Радиусът на кривинаRсе определя от съотношението

Тукrе импулсът на частицата в MeV/c;H- магнитен поле, в Т; q е ъгълът между посоката на импулсаrи равнината, перпендикулярна на H (ъгъл на потапяне). Когато се движи в течност, частицата изпитва многократно кулоново разсейване и забавяне (загуби на енергия за йонизация), което изкривява нейната траектория (при високи енергии, когато b: I, йонизационните загуби могат да бъдат пренебрегнати). Грешка в определянето на импулса поради кулоново разсейване на темитеповече от по-малко радиация. дължинаx 0:

Iиx aв cm.

В тежки течностиx 0е малък (Таблица) и кулоновото разсейване е значително:

Следователно ксенонови P. до работят без магн. полета (фиг. 4). Загубите от йонизация и нокаутите на електрони намаляват инерцията, което води до следа от заряд. частиците са усукани в спирала (фиг. 2). Импулсите на нискоенергийни, спиращи частици се определят от дължината на пътя (протонни следи на фиг. 3), което дава по-висока точност.

Характеристиките на криогенните камери и камерите с балончета с тежки течности се проявяват в техните дизайни и системи за осветление. В криогенния П. к.. Разширяването се извършва от буталото, което е в контакт с работната течност. Пръти, изработени от материал с ниска топлопроводимост (неръждаема стомана), се използват за прехвърляне на налягане от топлата към студената част на P. to. . При тежки течни П. до.. Използват се гъвкави мембрани -