Câmara de arame - Wire chamber
Uma câmara de fio ou câmara proporcional multi-fio é um tipo de contador proporcional que detecta partículas carregadas e fótons e pode fornecer informações posicionais sobre sua trajetória, rastreando os rastros de ionização gasosa.
Descrição
A câmara multifilar usa uma série de fios em alta tensão ( ânodo ), que passam por uma câmara com paredes condutoras mantidas no potencial de terra ( cátodo ). Alternativamente, os fios podem estar no potencial de terra e o cátodo mantido em uma alta voltagem negativa; o importante é que um campo elétrico uniforme atrai elétrons extras ou íons negativos para os fios do ânodo com pouco movimento lateral.
A câmara é preenchida com gás cuidadosamente escolhido, como uma mistura de argônio / metano, de modo que qualquer partícula ionizante que passar pelo tubo ionize os átomos gasosos circundantes. Os íons e elétrons resultantes são acelerados pelo campo elétrico através da câmara, causando uma cascata localizada de ionização conhecida como avalanche de Townsend . Esta coleta no fio mais próximo e resulta em uma carga proporcional ao efeito de ionização da partícula detectada. Ao computar os pulsos de todos os fios, a trajetória das partículas pode ser encontrada.
As adaptações deste projeto básico são a folga fina, a placa resistiva e as câmaras de deriva . A câmara de deriva também é subdividida em faixas de uso específico nos projetos de câmara, conhecidas como projeção de tempo , gás de microfita e os tipos de detectores que usam silício.
Desenvolvimento
Em 1968, Georges Charpak , enquanto trabalhava na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear ( CERN ), inventou e desenvolveu a câmara proporcional multi-wire (MWPC). Essa invenção resultou em ele ganhando o Prêmio Nobel de Física em 1992. A câmara foi um avanço da taxa de detecção de apenas uma ou duas partículas a cada segundo para 1000 partículas a cada segundo. O MWPC produziu sinais eletrônicos de detecção de partículas, permitindo aos cientistas examinar os dados por meio de computadores. A câmara multifilar é um desenvolvimento da câmara de ignição .
Gases de enchimento
Em um experimento típico, a câmara contém uma mistura desses gases:
A câmara também pode ser preenchida com:
- xenônio líquido ;
- tetrametilsilano líquido ; ou
- vapor de tetraquis (dimetilamino) etileno (TMAE).
Usar
Para experimentos de física de alta energia , é usado para observar o caminho de uma partícula. Durante muito tempo, as câmaras de bolhas foram utilizadas para esse fim, mas com o aprimoramento da eletrônica , tornou-se desejável um detector com leitura eletrônica rápida. (Em câmaras de bolhas, as exposições fotográficas foram feitas e as fotografias impressas resultantes foram examinadas.) Uma câmara de arame é uma câmara com muitos arames paralelos, dispostos como uma grade e colocados em alta tensão, com o invólucro de metal sendo potencial de terra. Como no contador Geiger , uma partícula deixa um traço de íons e elétrons, que se deslocam em direção à caixa ou ao fio mais próximo , respectivamente. Marcando os fios que tinham pulso de corrente, pode-se ver o caminho da partícula.
A câmara tem uma resolução relativa de tempo muito boa, boa precisão posicional e uma operação auto-acionada (Ferbel 1977).
O desenvolvimento da câmara permitiu aos cientistas estudar as trajetórias das partículas com uma precisão muito melhor e também, pela primeira vez, observar e estudar as interações mais raras que ocorrem por meio da interação das partículas.
Câmaras de deriva
Se também medirmos com precisão o tempo dos pulsos de corrente dos fios e levar em conta que os íons precisam de algum tempo para derivar para o fio mais próximo, pode-se inferir a distância em que a partícula passou pelo fio. Isso aumenta muito a precisão da reconstrução do caminho e é conhecido como uma câmara de deriva .
A câmara de deriva funciona equilibrando a perda de energia das partículas causadas por impactos com partículas de gás, com o acúmulo de energia criado com campos elétricos de alta energia em uso para causar a aceleração das partículas. O design é semelhante à câmara Mw, mas em vez disso, com os fios da camada central a uma distância maior. A detecção de partículas carregadas dentro da câmara é possível pela ionização de partículas de gás devido ao movimento da partícula carregada.
O detector CDF II do Fermilab contém uma câmara de deriva chamada Central Outer Tracker . A câmara contém gás argônio e etano, e fios separados por lacunas de 3,56 milímetros.
Se duas câmaras de deriva forem utilizadas com os fios de uma ortogonal aos fios da outra, ambas ortogonais à direção do feixe, obtém-se uma detecção mais precisa da posição. Se um detector simples adicional (como o usado em um contador de veto) é usado para detectar, com resolução posicional pobre ou nula, a partícula a uma distância fixa antes ou depois dos fios, uma reconstrução tridimensional pode ser feita e a velocidade da partícula deduzida da diferença de tempo de passagem da partícula nas diferentes partes do detector. Essa configuração nos dá um detector chamado câmara de projeção de tempo (TPC).
Para medir a velocidade dos elétrons em um gás ( velocidade de deriva ), existem câmaras de deriva especiais, câmaras de deriva de velocidade que medem o tempo de deriva para locais conhecidos de ionização.
Veja também
Referências
links externos
- hypermail_ arquivo de links para câmaras de deriva CLAS
- Palestra de Heidelberg sobre câmaras de ionização de pesquisa