粒子径迹测量(particles,track measurement of)。电粒子穿过探测器与探测器中的物质发生相互作用,如电离、激发等过程,在探测器中留下径迹。以径迹探测为主要目标的探测器通称径迹室。径迹室与磁场配合可给出粒子飞行方向和动量(由偏转半径给出)等运动学参量,还可得到电离能损值(dE/dx)、多重数、粒子衰变顶点等重要信息。1

简介

不同种类的径迹室各有其相应的测量方法和读出方法。最早使用的核乳胶和固体径迹探测器,径迹通过显微镜用眼睛扫描、测量和读出,速度慢、效率低。后来出现云室、气泡室、火花室、流光室(管)等径迹室,采取三维拍照的方法,然后再对底片进行扫描和自动化处理,计算机读出。速度和效率都有所提高,但仍不能满足粒子能量不断提高的需要。1

满足条件

每个粒子都能使显像后的乳胶中出现一条由许多颗粒形成的径迹。粒子的能量越低,其径迹中的颗粒越多。将每条径迹分为若干长仅为数微米的小段,就可以数出颗粒的数目。在不可能测得颗粒数的前提下,就只有数出整个径迹中包含着多少彼此不相衔接的小段。乳胶层很厚时,只有隙间比较容易被发现。有时利用明胶的溶胀可以使聚在一起的颗粒分开。

利用精密的显微仪器可以使测量的精密度达到±1微米,但必须满足一个条件,即必须要使周围大气的湿度维持恒定。相对湿度由55%升至80%时,乳胶层的厚度可以增长25%。2

新型径迹室

20世纪60-70年代相继出现了多丝正比室、漂移室、时间投影室等计数器型的径迹室,它们的速度快、效率高、空间分辨率好,在粒子物理实验中获得普遍使用。硅微条探测器、像素探测器、阴极条室等都具有很好的空间分辨率,可组成理想的径迹室。径迹室是大型磁谱仪的重要组成部分。1

固体径迹探测器

当核粒子穿过绝缘体时,造成一定密度的辐射损伤,经适当处理,形成可观测的径迹,这种用绝缘体记录粒子径迹的探测器称为固体径迹探测器(solid state nuclear track detector)。由于最早期的核径迹探测器云雾室体积大,云雾径迹保留时间短,要拍照才能留下离子径迹,使用很不方便,后来逐渐被固体径迹探测器所代替。

固体径迹探测器是20世纪60年代发展起来的,材料包括云母﹑石英及各种矿物晶体;玻璃﹑陶瓷等非晶体;聚碳酸酯﹑硝酸纤维﹑醋酸纤维﹑聚酯等聚合物塑料。当高能核粒子穿过时,在粒子经过的路径上留下一条狭窄的损伤通道径迹,这种径迹虽然无法用显微镜和电子显微镜直接观测到,但由于径迹处的高分子链被破坏,形成很多自由基,其化学活性很高,很容易被化学试剂腐蚀,形成微孔,这种微孔则可以通过显微镜观察到。在一定的蚀刻条件下,用显微镜观察和测量微孔的大小和长度,就可以测量核粒子的质量、能量、方向。带电粒子穿过某种物质的过程称为照射,化学试剂腐蚀核径迹过程称为蚀刻。高分子聚合物中的核径迹经过适当的处理和化学蚀刻后,核径迹便形成一条圆柱型的孔道。

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学

粒子径迹测量

图文简介

粒子径迹测量(particles,track measurement of)。电粒子穿过探测器与探测器中的物质发生相互作用,如电离、激发等过程,在探测器中留下径迹。以径迹探测为主要目标的探测器通称径迹室。径迹室与磁场配合可给出粒子飞行方向和动量(由偏转半径给出)等运动学参量,还可得到电离能损值(dE/dx)、多重数、粒子衰变顶点等重要信息。