18. Как работает дрейфовая трубка?

Пропорциональный счётчик, в котором регистрируется только появление сигнала на проволочке, позволяет определить координату частицы с точностью до диаметра трубки, что во многих случаях недостаточно.

Дрейфовая трубка - это тот же пропорциональный счётчик, в котором при помощи внешнего детектора, например, сцинтилляционного счётчика, определяется время прохождения частицы через трубку, и измеряется время появления сигнала на проволочке. Тогда по известной зависимости скорости дрейфа от напряженности электрического поля можно оценить расстояние трека от проволочки с точностью 100-300 мкм. Основной вклад в эту погрешность обычно вносит диффузия электронов. В экспериментах обычно используются слои из трубок, сдвинутые на радиус трубки, что позволяет решить проблему лево-правой неоднозначности и одновременно улучшает точности измерения координаты.

19. Как работает пропорциональная камера?

Пропорциональная камера представляет собой прибор, в котором между двумя плоскими заземлёнными электродами натянуты тонкие проволочки, типа используемых в пропорциональном счётчике, с шагом от 2 до 6 мм. Проволочки находятся под положительным потенциалом и являются независимыми сигнальными электродами. Ионизационные электроны, образованные частицей в промежутке между заземленными электродами, дрейфуют к проволоке, вблизи которой, как в пропорциональном счётчике, происходит газовое усиление. Координата частицы измеряется по номеру сработавшей проволочки с точностью до расстояния между проволочками. Проволочки нельзя натягивать слишком близко из-за условия их устойчивости - шаг между ними зависит от поданного на них напряжения, их механических свойств и натяжения.

20. Как устроена и работает дрейфовая камера?

Дрейфовая камера похожа на пропорциональную, только проволочки расположены гораздо реже - через несколько см., причём одна из соседних проволочек является сигнальной, а вторая - катодной. Иногда используют дополнительные проволочки, формирующие однородное поле между сигнальной и катодной проволочками. Принцип работы такой же, как у дрейфовой трубки - измеряя с помощью внешнего детектора время дрейфа ионизационных электронов и зная их дрейфовую скорость можно определить расстояние между треком и сигнальной проволочкой с точностью 100-300 мкм. Лево-правая неоднозначность может быть, например, решена, как и для дрейфовых трубок, смещением второй камеры на дрейфовый промежуток.

21. Существуют ли газовые ионизационные детекторы с координатным разрешением лучше 100 мкм?

Да, существуют. Например, детектор типа GЕМ, в котором между катодом и анодом расположен тонкий электрод из фольгированного с двух сторон изолятора с большим количеством микроотверстий. Внутри отверстий создается электрическое поле с большой напряженностью, в котором и происходит газовое усиление. Координатное разрешение определяется расстоянием между микроотверстиями и может составлять 20-30 мкм. Примерно такое же разрешение может быть получено и в детекторе MICROMEGAS, в котором анод состоит из тонких близкорасположенных проводящих полосок на изоляционном материале. Между соседними полосками создается поле, достаточное для газового усиления. (Подробнее об этих детекторах см. рекомендованную литературу).

22. Из каких основных элементов состоит сцинтилляционный счётчик?

Сцинтилляционный счётчик состоит из сцинтиллятора, в котором при прохождении заряженной частицы возникает достаточная для регистрации световая вспышка, световода, доставляющего свет из сцинтиллятора на фотокатод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), который преобразует свет в поток электронов и усиливает его, являясь третьим элементом сцинтилляционного счётчика.

23. Из каких элементов состоит ФЭУ и как он работает?

Основными элементами ФЭУ являются фотокатод, преобразующий за счёт фотоэффекта поток фотонов в поток электронов, фокусирующая система, направляющая поток электронов из фотокатода на первый динод, динодная система, усиливающая поток электронов за счёт вторичной эмиссии до величины, достаточной для регистрации, и анод, собирающий поток электронов.

24. Какой квантовый выход имеют фотокатоды современных ФЭУ?

~20%.

25. Чем определяются границы спектральной характеристики ФЭУ?

Коротковолновая граница определяется материалом входного окна (стекло, кварц, кристаллы), длинноволновая - работой выхода электронов из материала фотокатода (обычно полупроводниковые соединения щелочных металлов).

26. При какой длине волны квантовый выход имеет максимальное значение?

Обычно в области 400-440 нм.

27. Какова величина коэффициента k вторичной эмиссии динодов?

Обычно k=3-5 при разности напряжении между соседними динодами 200-250 В.

28. Чему равен коэффициент усиления к ФЭУ?

К= k ^m, где m~10 - число динодов. Обычно К=10⁶-10⁷, что достаточно для регистрации одного фотоэлектрона.

29. Какова длительность фронта анодного сигнала?

Если световая вспышка имеет форму дельта-функции, то длительность фронта составляет от ~1 до нескольких нс.

30. Какова длительность анодного сигнала?

Обычно 5-15 нс.

31. Чем определяются шумы ФЭУ и какова их частота?

Шумы определяются в основном термоэмиссией электронов из фотокатода и частота одноэлектронных сигналов в хороших ФЭУ не превышает несколько сот Герц.

32. Что представляют собой пластические сцинтилляторы и каковы их основные свойства?

Пластические сцинтилляторы представляют собой твердые растворы сцинтиллирующих веществ, например, терфинила, в прозрачных органических веществах, например, в оргстекле, полистироле и др. Чтобы спектр излучения сцинтиллятора соответствовал спектральной характеристике ФЭУ, в него добавляется небольшое количество спектросмещающих веществ на уровне десятых и сотых долей %. На образование одного фотона в таких сцинтилляторах частица затрачивает 100-150 эВ. Характерное время высвечивания - несколько нс. Фронт нарастания светового сигнала - меньше 1 нс. Пластические сцинтилляторы имеют хорошую прозрачность - до 2-3м, хорошо обрабатываются и достаточно дешевы.

Они широко применяются в экспериментах на ускорителях и коллайдерах и в космических лучах.