Una cámara de alambre o cámara proporcional de múltiples alambres es un tipo de contador proporcional que detecta partículas cargadas y fotones y puede dar información posicional sobre su trayectoria, [1] rastreando los rastros de ionización gaseosa. [2]
Descripción
La cámara de cables múltiples utiliza una serie de cables de alto voltaje ( ánodo ), que atraviesan una cámara con paredes conductoras mantenidas a potencial de tierra ( cátodo ). Alternativamente, los cables pueden estar a potencial de tierra y el cátodo a un voltaje negativo alto; lo importante es que un campo eléctrico uniforme atrae electrones adicionales o iones negativos a los cables del ánodo con poco movimiento lateral.
La cámara se llena con gas cuidadosamente elegido, como una mezcla de argón / metano, de modo que cualquier partícula ionizante que pase a través del tubo ionizará los átomos gaseosos circundantes. Los iones y electrones resultantes son acelerados por el campo eléctrico a través de la cámara, provocando una cascada de ionización localizada conocida como avalancha de Townsend . Esto se acumula en el cable más cercano y da como resultado una carga proporcional al efecto de ionización de la partícula detectada. Al calcular los pulsos de todos los cables, se puede encontrar la trayectoria de las partículas.
Las adaptaciones de este diseño básico son el espacio delgado, la placa resistiva y las cámaras de deriva . La cámara de deriva también se subdivide en rangos de uso específico en los diseños de cámara conocidos como proyección de tiempo , gas de microbanda y aquellos tipos de detectores que usan silicio. [3] [4]
Desarrollo
En 1968, Georges Charpak , mientras estaba en la Organización Europea para la Investigación Nuclear ( CERN ), inventó y desarrolló la cámara proporcional de múltiples cables (MWPC). Esta invención le permitió ganar el Premio Nobel de Física en 1992. La cámara fue un avance de la anterior tasa de detección de la cámara de burbujas de sólo una o dos partículas por segundo a 1000 detecciones de partículas por segundo. El MWPC produjo señales electrónicas a partir de la detección de partículas, lo que permitió a los científicos examinar datos a través de computadoras. [5] [6] [7] La cámara de cables múltiples es un desarrollo de la cámara de chispas . [8]
Llene los gases
En un experimento típico, la cámara contiene una mezcla de estos gases: [2]
La cámara también podría llenarse con:
- xenón líquido ; [9]
- tetrametilsilano líquido ; [10] o
- vapor de tetraquis (dimetilamino) etileno (TMAE). [11]
Usar
Para experimentos de física de alta energía , se utiliza para observar la trayectoria de una partícula. Durante mucho tiempo, se utilizaron cámaras de burbujas para este propósito, pero con la mejora de la electrónica , se hizo deseable tener un detector con lectura electrónica rápida. (En las cámaras de burbujas, se hicieron exposiciones fotográficas y luego se examinaron las fotografías impresas resultantes ). Una cámara de cables es una cámara con muchos cables paralelos, dispuestos como una rejilla y puestos a alto voltaje, con la carcasa de metal en potencial de tierra. Como en el contador Geiger , una partícula deja un rastro de iones y electrones, que se desplazan hacia la caja o el cable más cercano , respectivamente. Al marcar los cables que tenían un pulso de corriente, se puede ver el camino de la partícula.
La cámara tiene una muy buena resolución relativa tiempo, una buena precisión posicional, y un self-triggered operación (Ferbel 1977). [12]
El desarrollo de la cámara permitió a los científicos estudiar las trayectorias de las partículas con una precisión mucho mayor, y también por primera vez observar y estudiar las interacciones más raras que ocurren a través de la interacción de las partículas.
Cámaras de deriva
Si también se mide con precisión la sincronización de los pulsos de corriente de los cables y se tiene en cuenta que los iones necesitan algún tiempo para desplazarse al cable más cercano, se puede inferir la distancia a la que la partícula pasó por el cable. Esto aumenta en gran medida la precisión de la reconstrucción de la trayectoria y se conoce como cámara de deriva .
La cámara de deriva funciona equilibrando la pérdida de energía de las partículas causada por los impactos con partículas de gas, con la acumulación de energía creada con campos eléctricos de alta energía en uso para provocar la aceleración de las partículas. [13] El diseño es similar a la cámara Mw pero en cambio con alambres de capa central a una mayor distancia entre sí. [8] La detección de partículas cargadas dentro de la cámara es posible mediante la ionización de partículas de gas debido al movimiento de la partícula cargada. [14]
El detector de Fermilab CDF II contiene una cámara de deriva llamada Central Outer Tracker . [15] La cámara contiene argón y etano, y cables separados por espacios de 3,56 milímetros. [dieciséis]
Si se utilizan dos cámaras de deriva con los alambres de una ortogonal a los alambres del otro, ambos ortogonales a la dirección del haz, se obtiene una detección más precisa de la posición. Si se utiliza un detector simple adicional (como el que se usa en un contador de veto) para detectar, con resolución posicional pobre o nula, la partícula a una distancia fija antes o después de los cables, se puede hacer una reconstrucción tridimensional y la velocidad de la partícula deducida de la diferencia en el tiempo de paso de la partícula en las diferentes partes del detector. Esta configuración nos proporciona un detector llamado cámara de proyección de tiempo (TPC).
Para medir la velocidad de los electrones en un gas ( velocidad de deriva ) existen cámaras de deriva especiales, cámaras de deriva de velocidad que miden el tiempo de deriva para la ubicación conocida de ionización.
Ver también
Referencias
- ^ F. Sauli (1977), - Principios de funcionamiento de cámaras de deriva y proporcionales de cables múltiples. Consultado el 25 de febrero de 2012.
- ^ a b W.Frass. Física - C4: Opción principal de física de partículas - Detectores de partículas . Universidad de Oxford. pag. 11 . Consultado el 25 de febrero de 2012 .estaba ubicado a través del Dr. CN Booth PHY304 Particle Physics Sheffield University
- ↑ I. Kisel - [1] Consultado el 28 de febrero de 2012.
- ^ Universidad de Manchester - HEP - 101 Consultado el 28 de febrero de 2012
- ^ Computadoras en física, septiembre / octubre de 1992 - La escuela de idiomas polacos para estudiantes extranjeros - Universidad Adam Mickiewicz en Poznań - Organización europea para la investigación nuclear Archivado el 14 de febrero de 2012 en la Wayback Machine. Consultado el 25 de febrero de 2012.
- ↑ H. Johnston - Physics world. Consultado el 25 de febrero de 2012.
- ^ "Hitos: Instrumentación Experimental CERN, 1968" . Red de historia global IEEE . IEEE . Consultado el 4 de agosto de 2011 .- Logros de investigación y desarrollo del Departamento de Energía de EE. UU. Consultado el 23 de febrero de 2012
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- ^ Fermilab - glosario - foto - JL Lee Consultado el 12 de febrero de 2012
enlaces externos
- hypermail_ archivo de enlaces a cámaras de deriva CLAS
- Conferencia de Heidelberg sobre cámaras de ionización de investigación
