徑跡探測(cè)器課件

第八章徑跡探測(cè)器

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系高能物理實(shí)驗(yàn)室汪曉蓮2006年9月1中國(guó)科大汪曉蓮§8.1核乳膠§8.2固體徑跡室§8.3

氣泡室§8.4脈沖徑跡室第八章徑跡探測(cè)器

2006年9月2中國(guó)科大汪曉蓮電子學(xué)計(jì)數(shù)器通過(guò)記錄粒子產(chǎn)生的電信號(hào)，如計(jì)數(shù)、幅度、時(shí)間、空間位置、脈沖形狀等。必須與電子學(xué)線路和儀器配套使用的探測(cè)器。氣體探測(cè)器：電離室、正比計(jì)數(shù)器、G-M計(jì)數(shù)器半導(dǎo)體探測(cè)器：金硅面壘、Si(Li)、Ge(Li)、高純鍺等閃爍計(jì)數(shù)器：NaI(Tl)、CsI(Tl)、ZnS(Ag)、BGO、PWO、塑料閃爍體、液體閃爍體契侖柯夫計(jì)數(shù)器：閾式C計(jì)數(shù)器、微分式C計(jì)數(shù)器RICH等氣體絲室：

多絲正比室、漂移室等2006年9月3中國(guó)科大汪曉蓮徑跡探測(cè)器

直接記錄粒子走過(guò)的徑跡來(lái)探測(cè)粒子或?qū)桔E拍照，再對(duì)照片進(jìn)行分析處理的探測(cè)器。如：核乳膠、固體徑跡室、云室、氣泡室、火化室、流光室等等。－、±、0、＋、K0、反P、0、±、0、－、反0

、反±

等粒子的發(fā)現(xiàn)，有11次是利用核乳膠，8次利用了云室，5次利用了氣泡室，而只有2次是利用電子學(xué)計(jì)數(shù)器。2006年9月4中國(guó)科大汪曉蓮§8.1核乳膠

一、工作原理和構(gòu)成1.組成：核乳膠由銀鹽顆粒和膠質(zhì)組成。

溴化銀AgBr

大部分常用銀鹽碘化銀AgI

少量銀鹽顆粒對(duì)帶電粒子靈敏，而對(duì)光幾乎不靈敏。膠質(zhì)：骨膠和明膠2.工作原理：1）核乳膠記錄帶電粒子的首要條件：形成“潛影”帶電粒子與AgBr晶粒作用，使AgBr分子分解成Ag原子和Br原子，在一定條件下，Ag原子聚集成Ag集團(tuán)，形成可顯影的核心“潛影”，經(jīng)化學(xué)顯影處理，潛影的晶粒還原成黑色的Ag顆粒，把帶電粒子的徑跡顯示出來(lái)。2006年9月5中國(guó)科大汪曉蓮2）電離測(cè)量的依據(jù)

形成潛影的幾率與入射粒子的電離本領(lǐng)有關(guān)，電離本領(lǐng)大，形成潛影多，銀顆粒密度大。在電荷一定時(shí)，顆粒密度與粒子速度有關(guān)。測(cè)量徑跡的顆粒密度可知粒子速度。3）測(cè)量徑跡的射程和多次散射

射程

多次散射角根據(jù)徑跡的長(zhǎng)短、彎曲和顆粒的稀密程度來(lái)鑒定和測(cè)量帶電粒子的電荷、質(zhì)量及動(dòng)量。

2006年9月6中國(guó)科大汪曉蓮二、核乳膠的特性乳膠中的AgBr濃度C：3.0-3.2g/cm3AgBr晶粒平均直徑d：0.1-0.4mAgBr晶粒對(duì)帶電粒子的靈敏度P：

定義為帶電粒子通過(guò)一個(gè)晶粒時(shí)，在該晶粒中產(chǎn)生潛影的幾率。4.一根粒子徑跡上平均晶粒密度：

記錄電離本領(lǐng)小的粒子選用晶粒較大的乳膠記錄電離本領(lǐng)大的粒子選用晶粒較小的乳膠2006年9月7中國(guó)科大汪曉蓮三、核乳膠的處理與普通乳膠相似，需要經(jīng)過(guò)顯影、定影、水洗、浸泡甘油、涼干、清潔等過(guò)程，只是顯影液、定影液的化學(xué)配方及所用時(shí)間長(zhǎng)短有所不同。2006年9月8中國(guó)科大汪曉蓮四、核乳膠中徑跡的測(cè)量1、工具：雙目顯微鏡，M＝100－2000倍2、原理：由射程定粒子能量對(duì)其他粒子C為修正系數(shù)，對(duì)不同乳膠其值不同2006年9月9中國(guó)科大汪曉蓮3、徑跡長(zhǎng)度測(cè)量方法在顯微鏡下，只能測(cè)量徑跡在物鏡主焦面上的投影l(fā)和垂直分量h。h為什么會(huì)變短呢？因?yàn)楹巳槟z中AgBr含量很大，顯影定影處理時(shí)，大量被溶解掉了。測(cè)量處理前后的乳膠厚度，就可得到收縮因子2006年9月10中國(guó)科大汪曉蓮4、從電離鑒別粒子（一）實(shí)驗(yàn)上最長(zhǎng)用的方法：測(cè)銀顆粒密度，即單位長(zhǎng)度徑跡上銀顆粒數(shù)目。粒子速度快，電離小，顆粒密度??；粒子速度慢，電離大，顆粒三三兩兩擠成小團(tuán)，形成“塊”；粒子速度更低，低能多電荷粒子，徑跡基本上是一條黑粗線，無(wú)法測(cè)量。2006年9月11中國(guó)科大汪曉蓮4、從電離鑒別粒子（二）用待測(cè)粒子X(jué)的徑跡與已知粒子A的徑跡相比較尋找在同一乳膠片中徑跡顆粒密度相同的地方：如果兩種粒子電荷相同，則

在顆粒密度相同的地方，即速度相同處，測(cè)量剩余射程，得到射程比，再得到質(zhì)量比，繼而得到未知粒子質(zhì)量Mx。2006年9月12中國(guó)科大汪曉蓮5、從多次散射鑒別粒子帶電粒子通過(guò)核乳膠時(shí)，發(fā)生多次散射。多次散射角的水平投影的絕對(duì)值平均：

K：散射系數(shù)已知入射粒子種類(lèi)，即已知電荷數(shù)z；已知核乳膠厚度t，就可確定入射粒子能量。反之，已知入射粒子能量和乳膠厚度，可確定帶電粒子的電荷。2006年9月13中國(guó)科大汪曉蓮6、從電子密度確定入射粒子電荷在核乳膠的主徑跡上的許多小分岔，這就是電子的徑跡。理論計(jì)算有：能量在E1和

E2之間的電子密度為

z<30時(shí)，一般取E1＝10KeV，E2＝30KeV。

實(shí)驗(yàn)上選電子射程>1.5m。

講義213頁(yè)圖8－6給出了n與R的標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)出粒子徑跡某處的電子密度n與R值，由曲線確定其電荷。2006年9月14中國(guó)科大汪曉蓮§8.2固體徑跡室一、發(fā)展歷史：五十年代末D.A.Young發(fā)現(xiàn)某些固體材料被輻射后經(jīng)化學(xué)蝕刻處理后可形成用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)的徑跡。E.C.H.Silk等用透射電子顯微鏡觀測(cè)到云母片中的核聚變碎片的徑跡。1962年P(guān).B.Price等改進(jìn)化學(xué)蝕刻方法獲得穩(wěn)定不變的徑跡。1963年R.L.Fleischer等提出玻璃和塑料等人工材料的蝕刻方法，免除天然材料的本底影響。1967年識(shí)別固體材料中的核徑跡的技術(shù)日趨成熟。1975年Fleischer等人對(duì)固體徑跡探測(cè)器作全面小結(jié)。1977年開(kāi)始出版國(guó)際性專(zhuān)門(mén)學(xué)術(shù)刊物“NuclearTracks”。1965年國(guó)內(nèi)開(kāi)始研究，至1982年共有40多家單位參加，出了大量研究成果。2006年9月15中國(guó)科大汪曉蓮二、使用材料：一片透明的固體即各種絕緣材料。結(jié)晶固體：

云母、石英、AgCl、LiF等非結(jié)晶固體：各種玻璃聚合物：硝酸纖維、醋酸纖維、聚酯、聚碳酸脂等要求：材料結(jié)構(gòu)均勻，無(wú)缺陷，表面無(wú)損傷。為便于光學(xué)顯微鏡觀測(cè)，通常制成透明的薄片。2006年9月16中國(guó)科大汪曉蓮常用固體徑跡室材料的性能材料蝕刻條件Z00云母石英普通玻璃磷酸鹽玻璃聚酯(Mylar)聚碳酸脂硝酸纖維醋酸纖維48％HF,230C,3~40分48％HF,230C,300分48％HF,230C,300分48％HF,230C,30分6NNaOH,700C,10分6NNaOH,700C,8分6NNaOH,230C,2~4小時(shí)6NNaOH,700C,12分1416161552123041’1602’37021’706’3029’2024’*Z0：可探測(cè)粒子的最小電荷數(shù)；

0：探測(cè)熱中子引起235U核裂片的平均臨界角。2006年9月17中國(guó)科大汪曉蓮三、探測(cè)原理重帶電粒子穿過(guò)固體材料時(shí)，其電離作用很強(qiáng)，沿其穿過(guò)路徑造成原子尺度上的輻射損傷，造成位錯(cuò)原子和空穴，或者使分子化學(xué)鍵被打斷，形成分子碎塊和自由基。經(jīng)適當(dāng)處理，會(huì)形成可觀測(cè)的徑跡，這就是固體徑跡探測(cè)器的基本原理。原子序數(shù)為Z的快速粒子穿過(guò)固體時(shí)其軌道電子被剝離成為有效電荷為Z*的離子，有經(jīng)驗(yàn)公式高速離子與固體原子發(fā)生庫(kù)侖相互作用，使之激發(fā)或電離，且均發(fā)生在靠近粒子穿過(guò)路徑附近，造成輻射損傷。2006年9月18中國(guó)科大汪曉蓮四、化學(xué)蝕刻用強(qiáng)酸（HF、H2SO4、

H3PO4等）或強(qiáng)堿（NaOH、KOH等）進(jìn)行蝕刻，使輻射損傷區(qū)由幾十埃擴(kuò)大幾千埃，形成蝕坑或孔洞。用顯微鏡觀測(cè)孔洞的數(shù)目可確定粒子強(qiáng)度和通量。把許多固體徑跡探測(cè)器摞成一疊，沿粒子穿過(guò)的路徑有一連串孔洞，即粒子徑跡。測(cè)量孔洞的參數(shù)，可鑒別粒子。徑跡孔洞的形狀：在云母中：菱形和圓柱形在玻璃中：圓形在聚碳酸脂中：長(zhǎng)形2006年9月19中國(guó)科大汪曉蓮五、徑跡特性和測(cè)量1.閾特性

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)輻射損傷密度J大于某一數(shù)值J0時(shí)，粒子徑跡才能被蝕刻可見(jiàn)。閾值J0只與材料的性質(zhì)有關(guān)，而與入射粒子的種類(lèi)無(wú)關(guān)。利用閾特性可選擇粒子，可確定粒子電荷數(shù)的下限Z02.最大可蝕刻長(zhǎng)度Lmax

輻射損傷密度大于閾值的徑跡長(zhǎng)度。不同粒子在同一種材料中，由于可蝕刻出徑跡的速度范圍不同，電離損失不同，Lmax也不同。

Lmax與粒子電荷一一對(duì)應(yīng)，測(cè)量Lmax，可確定粒子的Z0

。2006年9月20中國(guó)科大汪曉蓮輻射損傷密度與各種粒子的速度及能量的關(guān)系云母中孔洞形狀2006年9月21中國(guó)科大汪曉蓮3.臨界角c決定入射粒子徑跡能否蝕刻出來(lái)的因素之一。要求入射粒子與探測(cè)器表面的夾角>c兩個(gè)作用過(guò)程：沿輻射損傷方向,蝕刻速度Vt

沿垂直探測(cè)器表面方向,蝕刻速度VsVt2006年9月22中國(guó)科大汪曉蓮4.蝕刻率和剩余射程蝕刻率：沿徑跡方向的蝕刻速度Vt，依賴(lài)于材料和蝕刻劑，與輻射損傷密度J有關(guān)。只測(cè)徑跡上一點(diǎn)的蝕刻率，定不出粒子的電荷，因?yàn)檩椛鋼p傷密度等于某一值有很多曲線，該徑跡屬于哪一條曲線不能確定。至少測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)，求出兩點(diǎn)的輻射損傷密度和兩點(diǎn)之間距離，通過(guò)射程和能量的關(guān)系可以確定該徑跡屬于哪條曲線，從而確定粒子電荷數(shù)Z，再?gòu)拈撉€求出粒子速度和能量。在實(shí)驗(yàn)里，如果粒子停在探測(cè)器中，測(cè)量徑跡上任何一點(diǎn)的Vt和相應(yīng)的剩余射程R，就可確定粒子的電荷和能量。電荷數(shù)和速度相同質(zhì)量不同的粒子，他們的輻射損傷密度是相同的，但剩余射程不同。質(zhì)量越大的粒子的剩余射程越長(zhǎng)。所以通過(guò)測(cè)量徑跡的蝕刻率相同位置的剩余射程，可分辨具有相同電荷數(shù)但質(zhì)量不同的同位素。2006年9月23中國(guó)科大汪曉蓮5、探測(cè)效率包括固體探測(cè)器被輻照時(shí)對(duì)核徑跡的記錄效率和化學(xué)蝕刻處理中顯示徑跡的效率－蝕刻效率。記錄效率蝕刻效率2006年9月24中國(guó)科大汪曉蓮小結(jié)固體徑跡探測(cè)器核乳膠對(duì)輕粒子不靈敏對(duì)輕粒子靈敏對(duì)重粒子電荷分辨高對(duì)重粒子電荷分辨低徑跡可長(zhǎng)期保存徑跡可保存幾個(gè)月不用暗室就可蝕刻在暗室中處理閾特性J>J0入射角>0才能形成可蝕刻徑跡一根粒子徑跡上的平均顆粒密度

主要測(cè)量核裂片、重離子、宇宙線、粒子、中子等等，主要用于裂變物理中，研究核反應(yīng)和核裂變的截面、通量、能譜、半衰期、角分布、新粒子新成分的尋找核測(cè)量等等。2006年9月25中國(guó)科大汪曉蓮應(yīng)用學(xué)科

應(yīng)用舉例化學(xué) 各種樣品中U,Th,Pu,Li,B,N,O元素的含量和分布測(cè)定核物理 研究裂變、重離子核反應(yīng)，測(cè)定復(fù)合核壽命等離子體 聚變?cè)\斷粒子物理 磁單極子的探索固體物理 中子衍射，固體缺陷的識(shí)別，溝道效應(yīng)和堵塞效應(yīng)的研究超流動(dòng)性 研究均勻微孔中超流體的流動(dòng)膜物理 流體通過(guò)微孔的運(yùn)動(dòng)宇宙線物理 宇宙線重粒子的識(shí)別太陽(yáng)物理 太陽(yáng)風(fēng)的研究，太陽(yáng)耀斑粒子能譜的測(cè)定天體物理 元素起源問(wèn)題的研究地球物理 大西洋底擴(kuò)展速度的測(cè)定，地層中氫的遷移與地震預(yù)報(bào)……2006年9月26中國(guó)科大汪曉蓮§8.3

氣泡室氣泡室既是靶又是探測(cè)器，可拍攝極為清晰的粒子相互作用頂點(diǎn)的立體照片，具有作用頂點(diǎn)清晰，空間分辨本領(lǐng)高，可以選擇工作液體等優(yōu)點(diǎn)，是高能加速器實(shí)驗(yàn)常常使用的徑跡探測(cè)器之一。在強(qiáng)相互作用方面，1958－1965期間，發(fā)現(xiàn)28種共振態(tài)，其中大多數(shù)是用氣泡室發(fā)現(xiàn)的。如：1959年，王淦昌先生領(lǐng)導(dǎo)的小組用24升丙烷泡室發(fā)現(xiàn)超子；1960年美國(guó)用15英寸H氣泡室發(fā)現(xiàn)（1385）；1961年用72英寸H氣泡室發(fā)現(xiàn)介子。在弱相互作用方面主要研究奇異粒子的衰變性質(zhì)。如超子的衰變，中微子的研究等等。電磁相互作用的研究。2006年9月27中國(guó)科大汪曉蓮氣泡室BubbleChamber

D.Glaser(1960NobelPrize).

1968,AlvarezwonNobelforusingH2bubblechamberdiscoverresonanses.2006年9月28中國(guó)科大汪曉蓮一、氣泡室的工作原理在容器內(nèi)充以一定溫度和壓力的某種液體，使容器突然膨脹，降低壓力，液體就處于過(guò)熱狀態(tài)。如這時(shí)有帶電粒子穿過(guò)液體，在粒子經(jīng)過(guò)的路徑上，就會(huì)引起液體電離。鄰近的離子匯聚到一起形成離子集團(tuán)，成為汽化中心。圍繞這些汽化中心逐漸形成一串胚胎氣泡，在適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱條件下，胚胎氣泡增長(zhǎng)到肉眼可見(jiàn)的大小，拍照記錄。粒子徑跡是由一串氣泡組成，這就是氣泡室名稱(chēng)的由來(lái)。產(chǎn)生徑跡的條件：工作液體處于過(guò)熱狀態(tài)兩個(gè)過(guò)程：液體電離形成胚胎氣泡胚胎氣泡長(zhǎng)大到肉眼可見(jiàn)2006年9月29中國(guó)科大汪曉蓮二、氣泡室工作過(guò)程使用絕熱膨脹法得到過(guò)熱液體將充了液體的氣泡室加熱或冷卻（H泡室）到工作溫度T0,T0>Tb(液體沸點(diǎn)溫度）。推動(dòng)活塞或橡皮膜壓縮氣體，使室內(nèi)氣相部分完全消失，液體壓力為工作壓力P0,P0>P(飽和蒸汽壓力）?；钊蝗慌蛎?，液體壓力由P0降到Pe(膨脹壓力）液體達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)。Pe<P,P-Pe表示液體的過(guò)熱程度，稱(chēng)為過(guò)熱度。帶電粒子入射，液體原子電離——離子團(tuán)——汽化中心——胚胎氣泡——?dú)馀蓍L(zhǎng)大——長(zhǎng)大到可見(jiàn)大小——閃光照相。卷過(guò)一張底片，活塞重新壓縮液體到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次循環(huán)。2006年9月30中國(guó)科大汪曉蓮氣泡在液體中平衡飽和蒸汽壓力膨脹壓力表面張力2006年9月31中國(guó)科大汪曉蓮三、氣泡室的特性1.靈敏度：當(dāng)液體處于過(guò)熱狀態(tài)，帶電粒子穿過(guò)并能形成徑跡，則稱(chēng)該氣泡室對(duì)該粒子是靈敏的。用單位長(zhǎng)度上氣泡的數(shù)目，即粒子徑跡的電離密度來(lái)表示氣泡室的靈敏度。靈敏度要求選取合適。太靈敏了，粒子沒(méi)有通過(guò)就出現(xiàn)霧狀本底，即寄生氣泡；太不靈敏，粒子通過(guò)也形成不了徑跡。取決于液體的過(guò)熱度。2.靈敏時(shí)間t：能使帶電粒子形成徑跡的時(shí)間。金屬室為ms量級(jí)，玻璃室為1分鐘。除與室的清潔度、光潔度和液體的純度有關(guān)以外，還與工作溫度和膨脹壓力有關(guān)。適當(dāng)選擇T0和Pe，可以提供室的靈敏度。

2006年9月32中國(guó)科大汪曉蓮三、氣泡室的特性3.氣泡成長(zhǎng)時(shí)間：

一般在0.5-4ms之間，取決于氣泡成長(zhǎng)速度，即取決于液體過(guò)熱度。由熱傳導(dǎo)理論求得：

=r2，這里是與過(guò)熱度、熱傳導(dǎo)率、汽化熱等有關(guān)的系數(shù)

通常把氣泡成長(zhǎng)時(shí)間當(dāng)作帶電粒子進(jìn)入氣泡室形成可見(jiàn)徑跡，閃光拍照所需要的時(shí)間，即閃光延遲時(shí)間。4.工作循環(huán)時(shí)間T：

幾百ms-幾秒，快循環(huán)室?guī)资甿s。指氣泡室從膨脹開(kāi)始到恢復(fù)至膨脹前狀態(tài)所需要的時(shí)間。與膨脹速度、充氣速度、室的結(jié)構(gòu)大小等因素有關(guān)。2006年9月33中國(guó)科大汪曉蓮四、氣泡室工作條件的選擇1、工作溫度T0：

Tb<

T0<Tc

Tb沸點(diǎn)溫度，

Tc：臨界溫度。實(shí)驗(yàn)表明溫度接近Tb時(shí)很難實(shí)現(xiàn)過(guò)熱狀態(tài)；而接近Tc時(shí)過(guò)熱狀態(tài)不穩(wěn)定，很容易汽化，膨脹后產(chǎn)生大量霧狀氣泡。實(shí)際工作溫度只能選擇在靈敏區(qū)的平均部位。活塞膨脹P0Pe，液體過(guò)熱；Ps=P

-Pe

過(guò)熱壓力；Ts=T0–Te過(guò)熱溫度，表示液體的過(guò)熱度。過(guò)熱度越大，徑跡氣泡密度越大，實(shí)際上壓力必須降到超過(guò)曲線B，才能使粒子穿過(guò)液體產(chǎn)生氣泡。B為臨界過(guò)熱曲線，在一定T0下只有P

-Pe

落在靈敏區(qū)內(nèi)才能形成徑跡。

2006年9月34中國(guó)科大汪曉蓮四、氣泡室工作條件的選擇2、工作壓力P0：由工作循環(huán)時(shí)間T要求決定。P0大，T小。P0大，加快壓縮過(guò)程，使徑跡氣泡、寄生氣泡很快被消滅。C3H8氣泡室 P0比P大5－15個(gè)大氣壓H2氣泡室 P0比P大1.5－2個(gè)大氣壓3、膨脹壓力Pe

：由靈敏度要求而定。Pe大對(duì)快速的相對(duì)論粒子不靈敏。C3H8氣泡室 Pe比P小5－15個(gè)大氣壓H2氣泡室 Pe比P小1.5－2個(gè)大氣壓2006年9月35中國(guó)科大汪曉蓮四、氣泡室工作條件的選擇4、膨脹時(shí)間te：壓力從P0降到Pe所需的時(shí)間，由靈敏時(shí)間和壓力傳遞時(shí)間決定?？紤]減小寄生沸騰，te應(yīng)越小越好，靈敏時(shí)間決定了te的上限。考慮壓力傳遞需要一定的時(shí)間，它決定了te的下限。一般取te比壓力傳遞時(shí)間大若干倍，以保證整個(gè)室的液體具有均勻的過(guò)熱度和避免由于膨脹過(guò)快造成液體湍動(dòng)。如H2泡室te<2倍靈敏時(shí)間~20ms(上限)，室深度為40cm壓力從活塞面到玻璃窗面的傳遞時(shí)間約0.4ms，下限取10倍，即4ms左右。2006年9月36中國(guó)科大汪曉蓮四、氣泡室工作條件的選擇5、膨脹比：

定義為膨脹體積與膨脹前總體積之比。不夠大，氣泡室不靈敏；過(guò)大，寄生氣泡急劇增加。工作液體壓縮率估算下限如液H泡室，實(shí)驗(yàn)表明，>0.9%，寄生氣泡急劇增加。C3H8氣泡室： ~2-3%H2氣泡室： ~0.5-0.9%體積膨脹的體積2006年9月37中國(guó)科大汪曉蓮五、氣泡室的種類(lèi)1、工作液體既是靶又是探測(cè)器，作用頂點(diǎn)清晰，空間分辨高。幾種氣泡室工作液體的主要參數(shù)名稱(chēng)氫氘氖氦丙烷氟利昂13氫氖混合液體分子式H2D2NeHeC3H8CF3BrH2-Ne密度(g/cm3)0.060.141.200.120.441.500.41X0(cm)9909002474512011740(cm)6833225439613449155工作溫度(K)2631364.2332283012006年9月38中國(guó)科大汪曉蓮2、快循環(huán)氣泡室膨脹頻率大于每秒鐘10次的氫氣泡室，提高探測(cè)效率。但其收集數(shù)據(jù)的效率只有電子學(xué)探測(cè)器的十萬(wàn)分之一。3、氣泡室混合譜儀氣泡室＋各種電子學(xué)探測(cè)器氣泡室給出清晰的作用頂點(diǎn)電子學(xué)探測(cè)器：閃爍計(jì)數(shù)器，C計(jì)數(shù)器，MWPC、DC等，確定入射氣泡室和出射氣泡室的粒子的空間位置、角度、動(dòng)量、速度等等。顯著提高數(shù)據(jù)率。2006年9月39中國(guó)科大汪曉蓮4、徑跡靈敏靶室徑跡靈敏靶室把充氫或氘的透明容器，放在氫氖混合氣泡室內(nèi)，兩者可同時(shí)達(dá)到靈敏。入射粒子與質(zhì)子靶作用，形成清晰的作用頂點(diǎn)，次級(jí)粒子0、0等中性粒子穿過(guò)容器壁衰變?yōu)楣庾?，在氫氖混合液體中轉(zhuǎn)換為正負(fù)電子對(duì)，給出其徑跡。僅用氫氣泡室為什么不能？因?yàn)闅涞妮椛溟L(zhǎng)度X0=887cm，不能有效探測(cè)02過(guò)程。2006年9月40中國(guó)科大汪曉蓮小結(jié)氣泡室既是靶又是探測(cè)器，具有作用頂點(diǎn)清晰、空間分辨高、可以選擇工作液體等一系列的優(yōu)點(diǎn)，可以研究強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁相互作用，因而在高能物理實(shí)驗(yàn)研究中占有重要的地位。世界上許多著名的大氣泡室在探索微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的征途上各顯神通，新出現(xiàn)的變化萬(wàn)千的混合泡室也初露頭角?；旌献V儀的氣泡室尺寸可以較小，但與電子學(xué)探測(cè)器混合使用卻能起大型氣泡室的作用，兼有徑跡探測(cè)器和電子學(xué)探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)。氣泡室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由照片上徑跡得到，自動(dòng)化測(cè)量掃描設(shè)備是氣泡室研制的一個(gè)主要組成部分。2006年9月41中國(guó)科大汪曉蓮§8.4

脈沖徑跡室一、氣體火花放電機(jī)制火花室、流光室和閃光管工作在放電區(qū)，放電區(qū)細(xì)分為誘導(dǎo)放電區(qū)和自激放電區(qū)。誘導(dǎo)放電區(qū)：帶電粒子入射后使氣體電離－雪崩－放電。自激放電區(qū)：因電壓更高，氣體被擊穿，產(chǎn)生打火放電。三種探測(cè)器的氣體放電機(jī)制相同，區(qū)別在于火花室把放電過(guò)程限制在火花形成階段，流光室把放電過(guò)程限制在雪崩或流光形成階段，這種差別通過(guò)電極間外加不同高壓來(lái)控制。脈沖徑跡室的電場(chǎng)強(qiáng)度E~10-20KV/cm，電子漂移很小距離就發(fā)生電子雪崩，形成雪崩錐。2006年9月42中國(guó)科大汪曉蓮二、雪崩－流光－火花形成過(guò)程一個(gè)電子沿雪崩方向移動(dòng)x距離后產(chǎn)生雪崩電子數(shù)

E大大，能產(chǎn)生雪崩電子數(shù)越多。雪崩錐內(nèi)部空間電荷形成的電場(chǎng)與外電場(chǎng)方向相反，總電場(chǎng)強(qiáng)度降低；雪崩錐兩端空間電荷電場(chǎng)與外電場(chǎng)方向一致，總電場(chǎng)強(qiáng)度增高。2006年9月43中國(guó)科大汪曉蓮n~106空間電荷的影響使雪崩速度減慢；當(dāng)n~108

時(shí)，EEr，E2=0，雪崩中心部位出現(xiàn)零電場(chǎng)，雪崩停止，電子和正離子復(fù)合，各向同性地放出光子。光子在雪崩錐周?chē)臍怏w中打出許多光電子，在電場(chǎng)作用下再次引起雪崩。由于空間電荷效應(yīng)雪崩錐頭尾電場(chǎng)較高，新的雪崩在頭尾迅速發(fā)展，與原雪崩錐首尾相連形成雪崩串。雪崩串發(fā)出大量的光子形成流光，雪崩串不斷向兩個(gè)電極發(fā)展。最后在兩個(gè)電極之間形成高度電離的等離子體導(dǎo)電通路，電極通過(guò)通路產(chǎn)生火花放電。若在雪崩串使電極溝通之前就使雪崩串的發(fā)展中止，在初始電子附近形成具有一定長(zhǎng)度的流光帶。2006年9月44中國(guó)科大汪曉蓮a.種子電子和正離子的產(chǎn)生 b.電子雪崩的形成c.雪崩發(fā)展到Er＝E的臨界大小時(shí)各向同性的發(fā)射光子d.在初始雪崩的頭尾光電子發(fā)展成新的雪崩e.流光形成 f.火花形成2006年9月45中國(guó)科大汪曉蓮三、脈沖徑跡室的結(jié)構(gòu)1、火花室：分為平行板型和圓筒型，常用的是多板火花室。由若干平行金屬板（Fe或Al）電極組成，電極彼此絕緣，極間距3－10mm，充以惰性氣體或它們的混合氣體。也可用金屬絲