Искровая камера

В 1957 году  Краншау и де-Биром был сконструирован трековый детектор заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка искровых электрических разрядов вдоль траектории её движения. Поэтому он получил название искровой камеры.

Искровая камера представляет собой систему параллельных металлических электродов (расстояние между мини примерно от до ), пространство между которыми заполнено инертным газом (неон, аргон или смесь этих газов). Эти электроды соединены между собой через один образуя две группы, одна из которых заземляется, а на другую периодически подаётся кратковременный (длительностью до  ) высоковольтный импульс ().

Если в момент подачи импульса через камеру пролетит ионизирующая частица, её путь будет отмечен цепочкой искр, проскакивающих между электродами. Происходит это следующим образом.  Внешние управляющие счётчики фиксируют факт попадания заряженной частицы в искровую камеру и инициируют подачу на её электроды короткого  высоковольтного импульса чередующейся полярности так, что между двумя соседними электродами появляется разность потенциалов примерно . В местах прохождения заряженной частицы между пластинами электродов инертный газ ионизируется, возникают свободные носители зарядов (электроны, ионы).  Высокое напряжение, приложенное  между отдельными пластинами, ускоряет образовавшиеся ионы до энергий, необходимых для ударной ионизации. Вследствие этого возникает лавинный процесс, в ходе которого образовавшееся достаточное количество возбуждённых атомов, переходя в основное состояние, излучают свет (искры).  Искры локализованы только в области ионизации, где пролетела частица. Последовательность искр между разными пластинами создаёт видимый трек (след частицы).  Этот трек может быть зафиксирован либо оптическими методами (например, сфотографирован), либо электронными. Пространственное разрешение обычной искровой камеры примерно . Частота срабатывания . Искровые камеры могут иметь размеры порядка нескольких метров.

В настоящее время существуют разливные варианты искровых камер, которые применяются как для работы на ускорителях, так и для исследования космических лучей.

Преимуществами искровых камер являются: простота конструкции; надёжность в работе; возможность управления камерой при помощи быстродействующих электронных схем; малое время памяти (порядка ), что позволяет работать с интенсивными пучками частиц; относительно малое время возвращения в рабочий режим () по сравнению с камерой Вильсона и пузырьковой камерой; возможность приготовления электродов различной толщины и плотности позволяет создавать искровые камеры с различным количеством вещества на пути частицы и, следовательно, осуществлять камеры либо очень эффективнее, либо совсем неэффективные к счету нейтрального излучения.

 

Фотографии треков заряженных частиц в искровой камере
Для просмотра фотографий кликните по их миниатюрным изображениям

   Более совершенной разновидностью искровой камеры считается стримерная камера (изобретена в 1963 году грузинским физиком Г. Е. Чиковани совместно с российским физиком Б. А. Долгошеиным). Данная камера также является управляемым импульсным газоразрядным детектором, но в ней разряд обрывается на более ранней стадии, не успевая перейти в искру. Для этого на две параллельные плоские металлические пластины, отстоящие друг от друга на расстояние порядка десятка сантиметров, подаётся очень короткий () высоковольтный импульс, создающий напряжённость электрического поля до . Использование столь короткого импульса обеспечивает прекращение разряда на доискровой (стримерной) стадии. Стримеры – это узкие направленные вдоль поля светящиеся каналы ионизованного газа длиной до нескольких миллиметров, возникающие в предпробойной стадии искрового разряда. Стримеры вырастают в сильном электрическом поле в местах ионизации, созданной заряженной частицей. Совокупность стримеров вдоль пути пролёта частицы формирует её трек, который обычно также  фотографируют. Пространственное разрешение стримерной камеры такое же как и у искровой (). Стримерные камеры часто используют совместно с магнитным полем. В отличие от искровых камер в них хорошо воспроизводятся треки в любых направлениях.