Лекция 7 Цилиндрическая ионизационная камера 2 rw

Лекция 7 Цилиндрическая ионизационная камера

2 rw rc +V r rw радиус анодной нити, rc – радиус катода-цилиндра. напряженность поля на расстоянии r от оси счетчика Время дрейфа к аноду электрона, возникшего на расстоянии r от оси камеры: Время дрейфа увеличивается пропорционально r 2.

Импульс напряжения Дрейф электронов Дрейф ионов С – ёмкость нити камеры Типичные размеры: Пусть электроны появились на расстоянии r=10 50 10 мм от оси В цилиндрическом слое с r=10 – 50 мм, заключено 96% рабочего объема камеры. Вариация амплитуды сигнала дрейфа электронов находится в пределах не более 26%. Таким образом, цилиндрическая ионизационная камера может применяться для измерения спектров энергии заряженных частиц.

Пропорциональные счетчики Газовое усиление Траекторные измерения частиц.

Пропорциональный счетчик 2 rw rc +V r 2 r 1 На пути от r 1 до r 2 электрон приобретает кинетическую энергию: Пусть r 1 – r 2 равняется длине свободного пробега электрона. При дрейфе к нити счетчика электрон достигнет радиуса r 1, где оказывается больше потенциала ионизации атомов (молекул) рабочего газа счетчика. Начиная с этого радиуса становится возможной вторичная ионизация газа.

Пусть r 1 r 2=0. 02 мм – это средняя длина свободного пробега электрона в аргоне при давлении ~300 мбар (3 х104 Па).

Зависимость сечения ионизации si от энергии электрона e 1 – Xe 2 – Kr 3 – Ar 4 – Ne 5 – He

Сигнал напряжения пропорционального счетчика U – амплитуда сигнала напряжения, А – коэффициент газового усиления. Область пропорциональности может простираться до А>104. напряжение порога газового усиления, k – константа.

Зависимость коэффициента газового усиления от напряжения на нити и давления газа. Газ - аргон р=130 мбар р=530 мбар

rw r Область газового умножения Дрейф положительно заряженных ионов в сторону катода от области газового усиления составляет основную часть амплитуды сигнала пропорционального счетчика. Расстояние дрейфа, определяющее основную часть амплитуды сигнала U , составляет около 0, 2 rс.

В приведенном примере было: Количество актов газового усиления Время дрейфа на нить счетчика для электрона, рожденного на радиусе, отвечающем началу процесса газового усиления: Расстояние дрейфа ионов ri, определяющее основную часть амплитуды сигнала U+, составляет около 0, 2 rс.

Форма сигнала напряжения пропорционального счетчика. R Первичные ионы лавинные электроны

Время дрейфа первичных электронов до зоны газового усиления Для однонитевого пропорционального счетчика характерна невысокая точность определения отметки времени прохождения частицы. Целесообразность примеси СН 4 или СО 2, «гасящей лавину» .

Спектр гамма линии 241 Am Eg=59. 33 ke. V, измеренный ксеноновым пропорциональным счетчиком.

Газоразрядные счетчики При высокой напряженности поля быстрые электроны рождают фотоны ультрафиолетового спектра, распространяющиеся на значительное расстояние. Рождено – А электронов и g. A фотонов на один электрон. Область пропорциональности заканчивается, когда g. A ~1. Счетчики Гейгера-Мюллера. Способ гашения разряда. Самогасящиеся счетчики. В качестве основного газа применяют гелий с давлением 150 – 760 мм рт. ст. В качестве гасящей добавки используют смесь ксенона и кислорода. Примесь каждой компоненты добавки составляет 1 – 5 %. +V Целесообразность примеси СН 4 или СО 2, «гасящей лавину» .

1 - частицы 2 - электроны I - область рекомбинации II - режим ионизационной камеры IIIa – область пропорциональности IIIб – область ограниченной пропорциональности IV - режим Гейгера-Мюллера V - область разряда

Пропорциональные счетчики в фокальной плоскости магнитного спектрометра. Магнитный спектрометр Br 1 Br 2 Источник частиц Детектор тяжелых ионов

1 -я сетка, соединенная с катодом по переменному току. The ion enters through a thin metalized Mylar window and is stopped in the region between the cathode and the first grid ionizing the gas along its track. The electrons are swept rapidly (within ~ 1 s) out of this volume toward the electrodes on the upper part by the static electric field. The output signal from the ionization chamber is generated once the electrons move beyond the first grid (G 1) towards the second grid (G 2). The three parts of the ionization chamber: the metalized window, the cathode and the first grid клетка (G 1), (ac coupled to the cathode) may be regarded as a Faraday cage on which charge is induced by the slow moving positive ions. These positive ions drift to the lower electrode in several milliseconds and are collected with no deleterious effect. The voltages on the electrodes supply a successively increasing electric field along the electrons' upward path so that most of the electrons reach the anode surfaces. The anode consists of electrodes located above G 2. Most of the primary ionization electrons reach the two plates P 1 and P 2 and provide energy loss and residual energy signals. Some electrons reach the vicinity of the wires W 1, W 2 and W 3, and are multiplied in the intense electric field surrounding the wires to yield position determination via the charge division method. The signals from the two front wires can be used to calculate position and angle of incidence on focal plane. The rear wire signal indicates whether or not the ion stopped inside the counter. The grounded shields (S 1, S 2 and S 3) prevent the induction of charges on the plates (P 1 and P 2) by the cloud of positive ions moving away from the wire. The second grid (G 2) shields the lower part (ionization chamber) of the detector from the upper part (P 1, P 2, W 1, W 2 and W 3).

Пропорциональные камеры

Многопроволочная пропорциональная камера P. SCHILLY, P. STEFFEN, J. STEINBERGER, T. TRIPPE, F. VANNUCCI, H. WAHL, K. KLEINKNECHT, and V. LUETH, NUCL. INSTR. METH. , vol. 91 (1971) 221 -230. 2 m 2 m 1 – катод 2 – анодная проволока 1. The signal wires have a diameter of 0. 02 mm, and are stretched with a tension of ~ 50 g; there is a 2 mm spacing between each wire, 2. There are two high-voltage planes for each signal wire plane, placed symmetrically, one on each side with 6 mm spacing between the high-voltage and the signal planes, 3. The high-voltage planes are constructed of parallel wires, 0. 05 mm in diameter, spaced 1 mm apart and having tension of ~110 g. 4. The gas filling is 65% argon and 35% isobutane.

Эффективность регистрации минимально ионизирующих частиц в зависимости от высокого напряжения.

Зависимость амплитуды и неопределенности времени сигнала от расстояния до центра камеры, указанного в сантиметрах.

Зависимость задержки сигнала от расстояния до центра камеры, указанного в сантиметрах.