Drátěná komora

Drátěná komora (anglicky multi-wire proportional chamber) je typ proporcionálního čítače, který rozpozná nabité částice a fotony a může dát poziční informace o jejich trajektoriích,[1] sledováním drah plynné ionizace.[2]

PopisEditovat

 
Drátěná komory s dráty (W) a katodou (−) desky (P). Částice letící přes T bude ionizovat atomy plynu a nastaví volný náboj, který zesilovač A sbírá (impuls na výstupu).

Drátěná komora používá pole drátů vysokého napětí (anoda), které běží přes komoru s vodivými stěnami držícími potenciál v zemi (katoda). Alternativně mohou být kabely na potenciálu země a katody, která probíhá přes vysoké záporné napětí. Důležité je, že jednotné elektrické pole přitahuje další elektrony nebo záporné ionty k anodě drátů s malým bočním pohybem.

Komora je naplněna pečlivě vybraným plynem, jako je směs argonu a metanu, proto aby každá ionizující částice, která prochází trubicí ionizovala okolní plynné atomy. Vzniklé ionty a elektrony jsou urychlovány elektrickým polem napříč komorou, což způsobuje lokální kaskády ionizace známé jako Townsendova lavina. Ta se sbírá na nejbližším drátu a výsledkem je náboj úměrná ionizačnímu efektu detekované částice. Výpočetní impulsy od všech drátů lze nalézt v trajektorii částice.

Adaptace této základní konstrukce jsou tenké mezery, odporový talíř a driftová komora. Driftová komora má také subdělení do pásem zvláštního použití v návrhu komory známém jako časová projekce, mikropáskových plynů a typů detektorů, které používají křemík.[3][4]

VývojEditovat

V roce 1968 vynalezl Georges Charpak při svém pobytu v Evropské organizaci pro jaderný výzkum drátěnou komoru (multi-wire proportional chamber, MWPC). Dřívější bublinová komora dokázala detekovat pouze jednu nebo dvě částic každou sekundu. Drátěná komora mohla detekovat až 1000 částic každou sekundu. Komora vyrábí elektronické signály z detekce částic umožňující vědcům zkoumat data pomocí počítače.[5][6][7] Drátěná komora je vývojem jiskrové komory.[8]

Vyplňové plynyEditovat

V typickém experimentu obsahuje komora směs těchto plynů:[2]

Mohou být ale použity i tyto plyny:

  • kapalný xenon;[9]
  • kapalný tetramethylsilane[10] nebo
  • páry tetrakis(dimethylamin)ethylenu (TMAE).[11]
 
Ekvipotenciální čáry a pole řádek v drátěné komoře

PoužitíEditovat

Pro experimenty fyziky vysokých energií se používá k pozorování drah částic. Po dlouhou dobu byly pro tento účel používány bublinkové komory, ale se zlepšením elektroniky se stala žádoucím mít detektor s rychlým elektronickým čtením. V bublinkové komoře byly vytištěny fotografie, které se následně zkoumaly. Drátěná komora je komora s mnoha paralelními vodiči uspořádanými jako mřížka. Tyto vodiče jsou pod vysokým napětím, kovový kryt je uzemněn. Stejně jako u Geigerova čítače zanechávají částice stopy iontů a elektronů, které jsou unášeny směrem k nejbližším drátům. Označením drátů, které zaznamenaly proudový pulz lze určit dráhu částice.

Komora má velmi dobré relativní časové rozlišení, dobrou poziční přesnost a samospouštěcí funkci (Ferbel 1977).[12]

Rozvoj komory umožnil vědcům studovat trajektorie částic s mnohem lepší přesnost a také poprvé pozorovat a studovat vzácnější interakce, které se vyskytují prostřednictvím interakcí částic.

Driftová komoraEditovat

 
Řez ukazuje interiér driftové komory
 
Driftová komora v Musée des Arts et Métiers v Paříži

Pokud dojde k přesnému měření časování proudových impulsů drátů a pokud je bráno v úvahu, že ionty potřebují nějaký čas, aby driftovaly na nejbližším drátu, lze odvodit vzdálenost, kterou částice prošla. Tím se výrazně zvyšuje přesnost dráhové rekonstrukci a tento koncept je znám jako driftová komora.

Driftová komora funguje na principu vyrovnávání ztráty energie z částic způsobujících dopady s částicemi plynu s narůstáním energie vytvořené s vysokoenergetickým elektrickým polem používaným k urychlení částic.[13] Design je podobný drátěné komoře ale střední vrstva drátů je ve větší vzdálenosti od sebe.[8] Detekce nabitých částic uvnitř komory je možná na ionizujících částicích plynu v důsledku pohybu nabitých částic.[14]

V detektoru CDF II ve Fermilabu je driftová komora nazývaná Central Outer Tracker.[15] Komora obsahuje argon a metan, dráty jsou odděleny mezerami velkými 3.56 mm.[16]

Pokud se dvě driftové komory používají s dráty, jedna s vodiči kolmými na vodiče druhé komory, obě kolmé ke směru paprsků, je možná přesnější detekce polohy. Pokud se používá k detekci další jednoduchý detektor se špatným nebo nulovým pozičním rozlišením částic v pevné vzdálenosti před nebo za dráty, třídimenzionální rekonstrukce může být provedena a rychlost částic odečtena z rozdílu doby průchodu částic v jiné části detektoru. Toto nastavení dává detektor nazvaný časová projekční komora.

Pro měření rychlosti elektronů v plynu existuje speciální driftová komora, rychlostní driftová komora, která měří driftový čas pro známou polohu ionizace.

ReferenceEditovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Wire chamber na anglické Wikipedii.

  1. F. Sauli (1977), - Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers Retrieved 2012-02-25
  2. a b W.Frass.
  3. I. Kisel - [1] Retrieved 2012-02-28
  4. University of Manchester - HEP - 101 Retrieved 2012-02-28
  5. Computers in Physics, Sep/Oct 1992 Archivováno 15. 3. 2012 na Wayback Machine - The Polish Language School for Foreign Students - Adam Mickiewicz University in Poznań Archivováno 31. 3. 2012 na Wayback Machine - European Organization for Nuclear Research Archivováno 14. 2. 2012 na Wayback Machine Retrieved 2012-02-25
  6. H. Johnston - Physics world Retrieved 2012-02-25
  7. "Milestones:CERN Experimental Instrumentation, 1968".
  8. a b Physics.
  9. S.E.Derenzo - SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University ( U.S. Department of Energy Office of Science ); Muller, Richard; Derenzo, Stephen; Smadja, Gerard; Smith, Dennis; Smits, Robert; Zaklad, Haim; Alvarez, Luis (1971).
  10. Degrange, B.; Guillon, J.; Moreau, F.; Nguyen-Khac, U.; De La Taille, C.; Tisserant, S.; Verderi, M. (1992).
  11. Schotanus P; Van Eijk CWE; Hollander RW; C.W.E. Van Eijk.
  12. T. Ferbel - (CERN report 1977)>
  13. F. E. Close; M. Marten; C. Sutton (11 Nov 2004).
  14. W. Blum; W. Riegler; L. Rolandi (4 Oct 2008).
  15. Kotwal, Ashutosh V; Gerberich, Heather K; Hays, Christopher (2003).
  16. Fermilab - glossary-photo- J. L. Lee Retrieved 2012-02-12

Externí odkazyEditovat

  • hypermail_ archive of links to CLAS drift chambers
  • [2] Heidelberg lecture on research ionisation chambers.