Координатные детекторы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Координатные детекторы (позиционно-чувствительные детекторы) - детекторы элементарных частиц, ядерных фрагментов, тяжёлых ионов, способные с высокой точностью локализовать отдельные точки их траекторий. С помощью К. д. определяют место прохождения, углы вылета, а по отклонению в магн. поле - импульсы заряж. частиц. К. д. позволяют реконструировать сложную пространств. картину взаимодействия ядерных частиц в веществе, в т. ч. множественного рождения, каскадного размножения, рассеяния и излучения.

Различают трековые (визуальные) К. д. (Вильсона камера ,диффузионная камера, разрядно-конденсационная камера, пузырьковая камера, искровая камера, стримерная камера, ядерная фотографическая эмульсия); годоскопич. К. д., содержащие плотно упакованные детекторы малого размера [ионизационные камеры, Гейгера счётчики, разрядные трубки, стримерные трубки (дрейфовые), сцинтилляционные детекторы и полупроводниковые детекторы, приборы С зарядовой связью (ПЗС-детекторы]; )многоэлектродные (многопроволочные) К. д. [газовые и жидкостные ионизац. камеры, пропорциональные камеры, дрейфовые камеры (рис. 1), стриповые полупроводниковые детекторы]. Координаты траекторий частиц определяют по их трекам (следам) в трековых координатных детекторах или по номерам каналов (проволочек), где возникает сигнал.

Рис. 1. Пакет плоских дрейфовых камер (размером Зм

0,8 м) с

=0,2 мм.

Действие К. д. основано на локальном преобразовании малых порций энергии, затраченных частицей на ионизацию и возбуждение атомов вещества, в макроскопич. сигнал, несущий информацию о месте прохождения частицы. Это достигается с помощью лавинообразного усиления в метастабильной рабочей среде трекового К. д. (пересыщенный пар и т. п.) либо за счёт ускоряющего электрич. поля и (или) благодаря внеш. электронному устройству (усилителю, фотоэлектронному умножителю и т. п.).

Рис. 2. а - Схема шестигранной пропорциональной камеры (длина 0,8 м,

=45мкм); б - распределение результатов координатных измерений.

Из-за диффузии электронов и ионов, образованных на пути частицы, их дрейфа в электрич. поле, уширения сгустков ионизации в процессе усиления (или следа в трековом К. д.), а также вследствие дискретной структуры К. д. (рис. 2, а)измеренная координата х к--л. точки траектории частицы отличается на величину

от её истинного значения. Среднеквадратичное отклонение значений

(рис. 2, б)определяет координатное разрешение

детектора. Как правило,

мм (табл.).

Рис. 3. Двухчастичный распад Z°-бозона (на экране дисплея ЭВМ), зарегистрированный дрейфовой камерой ускорителя-коллайдера Лаборатории им. Э. Ферми (США).

В ядерной фотоэмульсии, небольших пузырьковых камерах с голографич. регистрацией треков, в стримерных камерах высокого давления, стриповых детекторах и матрицах ПЗС

=0,5-25 мкм. Благодаря столь высокому разрешению их используют в качестве т. н. вершинных детекторов при исследовании частиц высоких энергий для получения детальной информации о процессах в "вершине" взаимодействия (см. Комбинированные системы детекторов). Варьируя расстояние между электродами, состав вещества, режим (температуру, давление, напряжённость электрич. поля, а в управляемых К. д.- амплитуду, длительность и запаздывание управляющего импульса), можно увеличить координатное разрешение. В многопроволочных К. д. этой цели иногда достигают, определяя координаты "центра тяжести" распределения амплитуд сигналов, наведённых на ближайших к месту прохождения частицы сигнальных проволочках. Аналогичный метод используют в годоскопических и многопроволочных ливневых спектрометрах (спектрометрах полного поглощения) для определения координат частицы, образующей эл--магн. или электронно-ядерный ливень. Здесь

(ГэВ) мм, где

-энергия частицы (улучшение

с ростом

связано с увеличением числа спектрометрич. каналов, используемых для определения координат центра тяжести ливня). Т. к. в каждой плоскости годоскопического или многопроволочного К. д., как правило, определяется только одна координата (х), то для измерения др. координаты (у)соседние параллельные плоскости К. д. поворачивают на 90° относительно друг друга. В тех случаях, когда допустима меньшая точность измерений второй координаты (напр., при измерении импульса частицы по магн. отклонению), её определяют, снимая сигналы с электродов др. полярности, методом деления токов на сигнальной проволочке, по времени распространения сигнала вдоль электрода и т. д.

Рис. 4. Многочастичное событие, зарегистрированное многопроволочными дрейфовыми камерами на ускорителе-коллайдере (ЦЕРН).

Информация от многоканальных К. д. передаётся для обработки на ЭВМ и может быть визуализована на экране дисплея (рис. 3). Фильмовая информация с трековых К. д. обрабатывается на просмотровых автоматизированных устройствах. Развиваются и бесфильмовые методы съёма трековой информации на основе передающих телевизионных трубок или матриц ПЗС, объединённых с электронно-оптич. усилителями. При этом различие между трековыми, годоскопическими и многопроволочными К. д. стирается.

К. д. используются в экспериментах на ускорителях (рис. 4), для решения задач ядерной физики и при исследовании космич. излучения. Применение К. д. сделало возможным обнаружение нек-рых элементарных частиц и их распадов. К. д. применяют также в др. исследованиях, связанных с регистрацией частиц: в физике плазмы, в гамма- и нейтринной астрономии, при изучении радиоакт. распада, для целей неразрушающего контроля и в медицине.

Литература по координатным детекторам

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.