phisics_gak/adddd/82.tex

\subsection*{Методы детектирования частиц}
\index{Детекторы|(textbf}
\bf Камера Вильсона\н\index{Камера Вильсона}~--- один из первых в истории приборов для регистрации следов
(треков) заряженных частиц.
Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного пара: при
появлении в среде пара каких-либо центров конденсации (в частности, ионов,
сопровождающих след быстрой заряженной частицы) на них образуются мелкие капли
жидкости. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы.
Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне ее
(в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно). Для исследования
количественных характеристик частиц (например, массы и скорости) камеру помещают
в МП, искривляющее треки.

Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении
нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для
визуального исследования ядерных излучений. Впоследствии камера Вильсона в качестве
основного средства исследования радиации уступила место пузырьковым и искровым камерам.

\bf Пузырьковая камера\н\index{Пузырьковая камера} заполнена жидкостью, которая находится в состоянии,
близком к вскипанию. При резком уменьшении давления жидкость становится перегретой.
Если в данном состоянии в камеру попадет ионизирующая частица, то ее траектория
будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована.

В качестве рабочей жидкости наиболее часто применяют жидкие водород и дейтерий
(криогенные пузырьковые камеры), а также пропан, различные фреоны, ксенон, смесь
ксенона с пропаном (тяжеложидкостные пузырьковые камеры).
Перегрев жидкости достигается за счет быстрого понижения давления до значения,
при котором температура жидкости оказывается выше температуры кипения.
Понижение давления осуществляется за время $\sim5\div15\,$мс перемещением поршня
либо сбросом внешнего давления из объема, ограниченного гибкой мембраной.

Частицы впускаются в камеру в момент ее максимальной чувствительности. Спустя
некоторое время, необходимое для достижения пузырьками достаточно больших размеров,
камера освещается и следы фотографируются (стереофотосъемка с помощью 2--4 объективов).
После фотографирования давление поднимается до прежней величины, пузырьки исчезают,
и камера снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы составляет
величину менее 1\,с, время чувствительности~$\sim10\div40\,$мс.

Пузырьковые камеры (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это
позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны их
траекторий.

Пузырьковые камеры, как правило, используются для регистрации актов взаимодействия
частиц высоких энергий с ядрами рабочей жидкости или актов распада частиц.
В первом случае рабочая жидкость исполняет роли и регистрирующей среды,
и среды-мишени.
Основное преимущество пузырьковой камеры~--- изотропная пространственная
чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов.
Недостаток пузырьковой камеры~--- слабая управляемость, необходимая для отбора
нужных актов взаимодействия частиц или их распада.

\bf Сцинтилляторы\н\index{Сцинтиллятор}~--- вещества, обладающие способностью
излучать свет при поглощении ионизирующего излучения. Как правило, излучаемое
количество фотонов для данного типа излучения приближенно пропорционально
поглощенной энергии, что позволяет получать энергетические спектры излучения.
Сцинтилляционные детекторы ядерных излучений~--- основное применение сцинтилляторов.
В сцинтилляционном детекторе свет, излученный при сцинтилляции, собирается на
фотоприемнике, преобразуется в импульс тока, усиливается и записывается той или
иной регистрирующей системой.

Даже при поглощении частиц с одинаковой энергией амплитуда импульса на выходе
фотоприемника сцинтилляционного детектора меняется от события к событию. Это связано
со статистическим характером процессов сбора фотонов на фотоприемнике и последующего
усиления; с различной вероятностью доставки фотона к фотоприемнику из разных точек
сцинтиллятора; с разбросом высвечиваемого числа фотонов. В результате, в набранном
спектре линия (которая для идеального детектора представляла бы дельта-функцию)
оказывается размытой, ее можно представить в виде гауссианы с дисперсией~$\sigma$.
В качестве характеристики энергетического разрешения детектора используется полная
ширина линии на половине высоты (FWHM), отнесенная к медиане линии и выраженная
в процентах. FWHM в 2,355 раза больше дисперсии гауссианы. Поскольку энергетическое
разрешение зависит от энергии (как правило, оно пропорционально $E^{-1/2}$), его
следует указывать для конкретной энергии. Чаще всего разрешение указывают для
энергии гамма-линии цезия-137 (661~кэВ).

\bf Счетчик Гейгера--Мюллера\н\index{Счетчик Гейгера--Мюллера}~---  газоразрядный
прибор для подсче  та числа попавших в него ионизирующих частиц. Представляет собой
газонаполненный конденсатор, пробивающийся при пролете ионизирующей частицы через
объем газа.
Дополнительная электронная схема обеспечивает счетчик питанием (как правило, не
менее 300\,В), обеспечивает, при необходимости, гашение разряда и подсчитывает
количество разрядов.

Счетчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие
внешней схемы прекращения разряда).
Чувствительность счетчика определяется составом газа, его объемом и материалом
(и толщиной) его стенок.
В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются
400-вольтовые счетчики.
\index{Детекторы|)textbf}