координатный газонаполненный детектор излучения

Формула изобретения

Координатный газонаполненный детектор излучения, включающий тонкостенные дрейфовые трубки (строу) с многосегментными гальванически раздельными анодами, выполненными в виде проволочек и расположенными по центру дрейфовой трубки, при этом соседние анодные сегменты соединены капиллярными трубками, отличающийся тем, что в дрейфовые трубки введены дополнительные капиллярные трубки, часть которых снабжена дополнительными контактными проволоками, гальванически соединенными с соответствующими анодными сегментами, при этом дополнительные капиллярные трубки объединены в единый конструктивный узел с изоляционными поддерживающими их втулками, служащими для вывода контактных проволок извне тонкостенной дрейфовой трубки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к координатным газонаполненым детекторам излучения и может быть использовано в лабораториях, занимающихся исследованиями в области экспериментальной физики, молекулярной биологии, металлофизики, проводимыми в экстремально высокоинтенсивных потоках заряженных частиц или рентгеновского излучения.

В настоящее время в экспериментах на ускорителях широко применяются координатные детекторы на основе тонкостенных дрейфовых трубок (строу), примерами этому являются трекеры SDC [1], TRT ATLAS [2] и COMPASS [3, 4]. Детекторы состоят из ряда плоскостей, содержащих плотно расположенные друг к другу строу диаметром обычно от 4 мм до 10 мм и длиной от ˜40 см [2, 5] до ˜400 см [1, 3, 4]. При прохождении частицы через строу регистрируется ее координатная точка в пространстве путем измерения времени дрейфа ближайших электронов ионизации к аноду строу, расположенному по оси трубки. Считывание информации осуществляется с одного конца строу. Реально, за чувствительное время строу регистрируется одно событие, при прохождении через строу большего числа частиц возникает часто не имеющая решение неопределенность. Чувствительное время ( ) определяется максимальным временем дрейфа электронов от катода (внутренняя поверхность цилиндрической стенки трубки) до анодной проволоки (диаметром обычно 20-50 микрон величиной) и быстродействием используемой считывающей электроники. Таким образом, гранулированность детектора (G) определяется произведением чувствительной длины строу на ее диаметр, а время восстановления (О) определяется выражением O=100·(N·G· )%. С возрастанием величины О уменьшается эффективность как регистрации излучения детектором, так и эффективность использования полученной с детектора информации. Для работы детекторов в условиях высокой загрузки частицами используются строу малого диаметра и минимизируется их длина.

Известны аналоги координатных детекторов на основе тонкостенных дрейфовых трубок [2, 5]. Основным недостатком их является высокая величина "занятости" О из-за большой величины их гранулированности. Так, для детектора переднего направления TRT ATLAS чувствительная длина строу 38 см, что соответствует гранулированности более 15 см ².

Наиболее близким к предлагаемому устройству являются детекторы бокового направления TRT ATLAS [6] с длиной строу ˜150 см, что соответствует гранулированности ˜60 см ². Для повышения гранулированности для части строу их анод состоит из двух изолированных проволок и считывание осуществляется с обоих концов строу независимо. При этом гранулированность канала регистрации уменьшается до 30 см². С целью большего понижения гранулированности каналов регистрации другой части строу этих детекторов их аноды состоят из трех изолированных друг от друга участков. Считывание осуществляется с концов строу, внутренняя часть этих строу является нечувствительной к проходящему излучению. Основным недостатком этого аналога является высокая гранулированность каналов регистрации строу большой длины. Использования металлической внутренней втулки вносит большое количество вещества в детектор, что в подавляющем большинстве случаев недопустимо. Попытка считывания информации с центральных участков сегментного анода через стенки строу в аналоге не нашла технического решения для создания многосегментных анодов.

Техническая задача состоит в создании координатных строу детекторов с большой чувствительной площадью и высокой их гранулированностью для обеспечения низкой величины их времени восстановления с целью обеспечения регистрации большого числа одновременно проходящих частиц с высокой эффективностью и хорошим пространственным разрешением.

Техническая задача решается созданием детектора на основе тонкостенных дрейфовых трубок (строу) с многосегментными гальванически раздельными анодами, включающего тонкостенную дрейфовую трубку с расположенным по центру сегментным проволочным анодом, соединяющие соседние анодные сегменты капиллярные трубки, в устройство введены дополнительные капиллярные трубки без и с дополнительными контактными проволоками, гальванически соединенными с соответствующими анодными сегментами, при этом капиллярные трубки с контактными проволоками соединены в единый конструктивный узел с изоляционными поддерживающими их втулками, служащими для вывода контактных проволок извне тонкостенной дрейфовой трубки.

На прилагаемом чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Блок-схема содержит дискретный элемент 1 детектора (представляющий собой тонкостенную дрейфовую трубку), установленный по оси трубки проволочный анод 2 с соединительными капиллярными трубками 3, поддерживающие (спейсерные) втулки 4 с выходящими наружу контактами 5 для считывания координатной информации, концевые втулки 6 для фиксации анода по центру тонкостенной дрейфовой трубки.

Координатный детектор содержит обычно одну или несколько плоскостей, состоящих из расположенных рядом тонкостенных пленочных дрейфовых трубок 1 диаметром 4 мм или более. Проволочный анод 2 (обычно диаметром 30 мкм) состоит из дискретных проволочных элементов (сегментов), объединенных между собой впаиванием их в стеклянные капиллярные трубки 3. В центре капилляра создается изоляционная перемычка, обеспечивающая гальванически раздельное соединение соседних сегментов анода [6, 7]. Крайние на сегментном аноде капиллярные объединения выполняют только это назначение. Длина капиллярных трубок 4 мм или более, внутренний и наружный диаметры около 100 мкм и 250 мкм соответственно. Центральные капиллярные соединения имеют впаянные в них дополнительные контактные проволоки 5, гальванически соединенные при их впаивании с соответствующим анодным сегментом. При сборке многосегментного анода каждый содержащий дополнительную контактную проволоку капилляр соединяется с поддерживающей втулкой 4 в единый конструкционный узел. Нечетные капиллярные объединения выполняют назначение только гальванически раздельного соединения соседних анодных сегментов, а четные капиллярные соединения, имеющие впаянные в них контактные проволоки 5, используются для считывания информации с двух соседних анодных сегментов. Поддерживающие втулки выполнены из изоляционного материала и имеют ряд функциональных отверстий. Контактные проволоки 5 фиксируются во втулке, проходя через несколько отверстий. После сборки многосегментный анод устанавливается в тонкостенную дрейфовую трубку с требуемым его натяжением и фиксируется в концевых втулках 6. Через отверстия в стенке тонкостенной дрейфовой трубки 1 и поддерживающей втулки 4 контактные проволоки 5 выводятся наружу и служат в дальнейшем для считывания информации с соответствующего анодного сегмента. Отверстия в стенках тонкостенных пленочных дрейфовых трубок герметично закрываются.

Устройство работает следующим образом. Для обеспечения внутри тонкостенной дрейфовой трубки необходимого электрического поля между катодом и анодом подается разность потенциалов, величина которой зависит от вида газового наполнения трубки и диаметров анода и катода. Высокое напряжение может подаваться на сегментные аноды через контактные проволоки. Катод трубки находится под потенциалом земли. Информация с центральных анодных сегментов считывается через контактные проволоки через проходные конденсаторы, с двух крайних сегментов анода считывается традиционным способом с контактов концевых элементов трубок. Возможна подача высокого напряжения на катод, информация в этом случае считывается с находящих под потенциалом земли анодных сегментов.

При использовании для создания детектора тонкостенных дрейфовых трубок с n сегментными анодами дискретным элементом будет являться тонкостенная дрейфовая трубка, а занятость детектора определяться выражением О 100·(N·G· /n)%.

Для детекторов с большим аксептенсем типичным является неравномерная загрузка по их площади. Использование при создании детектора сегментов анодов с переменной длиной позволяет оптимизировать число регистрационных каналов в соответствии с требуемой занятостью детектора.

При создании n-сегментного устройства с равной длиной сегментов гранулированность сегмента будет уменьшена в n раз, общая неэффективная длина устройства составит величину l·n 7n мм, где l - средняя длина поддерживающего узла, радиационная толщина этих участков увеличится до ˜0,4% Х ₀, что незначительно. Уменьшение занятости в n раз позволяет с этим же фактором повысить интенсивность потока излучения.

Источники информации

1. Y.Arai et al., Nucl. Instr. And Meth. A381 (1996) 355-365.

2. ATLAS collaboration. ATLAS Inner Detector Technical Design Report, v.1, CERN/LHCC/97-16, 1997.

3. V.N.Bytchkov, M.Faessler, R.Geyer et al., Particles and Nuclei, Letters, 2002, №2 |111|, p.64-73.

4. V.N.Bytchkov, N.Dedek, W.Dunnweber et al., Nucl. Instr. And Meth. A556 (2006) 66-79.

5. И.В.Богуславский, В.Н.Бычков, К.С.Вирясов и др. Письма в ЭЧАЯ, 2006, т.3, №3(132), с.103-110.

6. S.H.Oh, C.H.Wang, W.L.Ebenstein, Nucl. Instr. And Meth. A425 (1999) 75-83.

7. K.S.Viriasov, Ju.V. Gusakov, I.A.Yhukov et al., ОИЯИ Р13-2005-127.