ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ КАМЕРА
сцинтилляционная
камера, прибор для наблюдения и регистрации траекторий (следов, треков)
ионизирующих частиц, основанный на свойстве люминофоров
(сцинтилляторов)
светиться при прохождении через них быстрых заряженных частиц. Заряженная
частица теряет в веществе энергию, ионизуя и возбуждая атомы и молекулы,
находящиеся вблизи её траектории. В сцинтилляторах часть энергии, потерянная
частицей, преобразуется в энергию световой вспышки, к-рую можно регистрировать
с помощью фотоэлектронных умножителей, а в нек-рых случаях - ощущать
хорошо адаптированным глазом (см. Сцинтилляция, Люминесценция, Спинтарископ).
Длительность
свечения следа определяется свойствами люминофора и составляет обычно от
10-4 до 10-7сек в неорганических и до 10-9сек
в
органич. сцинтилляторах. С каждого см
длины следа ионизирующей частицы
даже в лучших сцинтилляторах испускается не более 105 - 10'
световых квантов (фотонов). Поэтому след не может быть непосредственно
сфотографирован.
Впервые Л. к. была создана в 1952 советским
физиком Е. К. Завойским с сотрудниками. Основными её элементами
являются: сцинтиллятор, в к-ром образуются следы ионизирующих частиц, и
высокочувствительное электронно-оптич. устройство, позволяющее в достаточной
степени усилить яркость изображения следов для их наблюдения неадаптированным
глазом, а также для их фотографирования или телевизионной передачи (см.
Электронно-оптический
преобразователь).
Схема одного из вариантов Л. к., в к-рой
сцинтиллятором служат кристаллы йодистого цезия CsI или антрацена 1, а
усилителем яркости изображения - многокаскадный электронно - оптический
преобразователь (ЭОП), показана на рис. 1, а. Объектив
3
проектирует
изображение следа 2 частицы в кристалле на фотокатод
4 многокаскадного
элект-тронно-оптич. преобразователя. Изображение, усиленное ЭОП по яркости
в 105 - 106 раз, появляется на выходном люминесцентном
экране 5 преобразователя и может быть сфотографировано фотоаппаратом
6.
На
рис. 1, б показан др. вариант Л. к., где изображение следа, усиленное
с помощью преобразователя, не фотографируется непосредственно, а сначала
преобразуется с помощью передающей телевизионной трубки 7
в видеосигнал.
В результате изображение, может быть воспроизведено на экране телевизора
8,
находящегося в удалённом помещении, записано с помощью магнитофона
9
или введено для обработки в быстродействующую ЭВМ
10. Контрастность
и яркость изображения могут регулироваться радиотехнич. средствами. В нек-рых
Л. к. применяется
волоконная оптика:
свет распространяется от следа
до фотокатода электронно-оптич. преобразователя за счёт полного внутреннего
отражения от стенок многочисленных тонких трубочек, наполненных жидким
сцинтиллятором, или тонких нитей из сцинтиллирующей пластмассы 1, совокупность
к-рых и составляет рабочий объём Л. к. (рис. 1, в, г). Это даёт
выигрыш в эффективности собирания света в десятки или даже сотни раз по
сравнению с использованием самых светосильных объективов. Однако при этом
ухудшается пространственное разрешение и чёткость изображения следов. Следы
ионизирующих частиц в Л. к. (рис. 2) во многом аналогичны следам в толстослойных
ядерных
фотографических эмульсиях, Вильсона камере, диффузионной камере, искровой
камере, пузырьковой камере (трековые детекторы). Ширина светящихся
следов а-частиц не превышает неск. мкм.
Многочисленные разрывы объясняются
квантовыми флуктуациями, заметно проявляющимися из-за малости полного числа
фотонов, приходящих от следа на фотокатод преобразователя. Каждая светлая
точка на фотографиях следов протонов (рис. 2, б) и релятивистских мезонов
(рис. 2, а) образована одиночным световым квантом люминесценции,
вырвавшим фотоэлектрон с фотокатода (рис. 1). Плотность таких точек на
следах прямо пропорциональна величине потерь энергии частиц в веществе.
Преимуществом Л. к. перед др. трековыми детекторами является высокое временное
разрешение, ограниченное только величиной времени высвечивания сцитиллятора,
т. к. объектив и электронно - оптич. преобразователь принципиально могут
обеспечить временное разрешение 10-13 - 10-14cex.
Для отбора представляющих интерес ядерных явлений запуск Л. к. производится
от системы сцинтилляционных или др. детекторов частиц, включённых в схемы
совпадений или. антисовпадений и позволяющих установить факт попадания
в объём Л. к. той или иной частицы, её остановки, вылета и т. п. Это позволяет
исследовать редкие и сложные явления, в к-рых важно знать взаимное расположение
траекторий отдельных частиц.
Рис. 1 а, б, в, г. Схематические
изображения люминесцентных камер: 1 - люминесцентный кристалл; 2 - след
частицы; 3 - светосильный объектив; ЭОП - электронно-оптический преобразователь;
4 - его фотокатод; 5 - его выходной люминесцентный экран; 6 - фотоаппарат;
7 - передающая телевизионная трубка; 8 - телевизор; 9 - магнитофон; 10-электронная
вычислительная машина.
Рис. 2. Фотографии треков а-частиц,
я-мезонов и протонов в кристаллах CsI и Nal, полученные с помощью люминесцентной
камеры, изображённой на рис. 1, a; а - следы а-частиц, испускавмых 210Ро,
с энергией 5,2 Мэв, полученные при замене объектива 3 микроскопом; б -
следы протонов с энергией 200 Мэв; в- следы релятивистских мезонов; г-следы
протонов с энергией 100 Мэв; д - двухлучевая "звезда", образованная космической
частицей в кристалле NaI.
Быстрые нейтроны регистрируются обычно
по протонам отдачи, возникающим при столкновении нейтронов с водородными
атомами, входящими в состав сцин-тиллятора, медленные нейтроны (тепловые)-по
заряженным частицам, образующимся в результате ядерных реакций, возбуждаемых
нейтронами. Л. к. чувствительна также и к электромагнитному излучению:
рентгеновские и 7-кванты образуют в её рабочем объёме электроны большой
энергии, благодаря фотоэффекту, эффекту Комптона и образованию пар (см.
Гамма-излучение).
Л. к. может использоваться также как высокочувствительный
и безынерционный детектор в авторадиографии,
дефектоскопии,
рентгеноскопии.
Лит.: 3авойский Е. К. [и др.], Люминесцентная
камера, "ДАН СССР", 1955. т. 100, № 2, с. 241; их же, О люминесцентной
камере, "Атомная энергия", 1956. № 4, с. 34; 3авойский Е. К. и Смолкин
Г. Е., О межмолекулярном переносе энергии возбуждения в кристаллах, "ДАН
СССР", 1956, т. 111, № 2, с. 328; Демидов Б. А., Фанченко С. Д., Наблюдение
релятивистских заряженных частиц в люминесцентной камере, "Журнал экспериментальной
и теоретической физики", 1960, т. 39, в. 1(7), с. 64; Принципы и методы
регистрации элементарных частиц, под ред. Л. К. Л. Юан и By Цзян-сюн, пер.
с англ., М., 1963. С. Д. Фанченко.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я