Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Рязанский государственный радиотехнический университет

Реферат

Источники и методы регистрации ядерных частиц

Выполнил ст. гр. 432М:

Алёшин С.И.

Проверил проф. каф. ОиЭФ:

Власов А.Н.

Рязань 2014



Содержание

Введение

1. Источники ядерных частиц

1.1 Радиоактивные источники

1.1.1 Источники б-частиц

1.1.2 Источники в-излучения

1.1.3 Источники г-излучения

1.1.4 Изотопные источники нейтронов

1.2 Ускорители частиц

1.2.1 Высоковольтные ускорители

1.2.2 Циклические ускорители

1.2.3 Линейные ускорители

1.3 Источники г-квантов высоких энергий

1.4 Источники нейтронов и других нейтральных частиц

1.5 Космические лучи

2. Методы регистрации ядерных частиц

2.1 Счетные методы

2.3 Трековые методы

Заключение

Список используемых источников



Введение

Сегодня кажется почти неправдоподобным, сколько открытий в физике атомного ядра было сделано с использованием природных источников радиоактивного излучения с энергией всего лишь несколько МэВ и простейших детектирующих устройств. Открыто атомное ядро, получены его размеры, впервые наблюдалась ядерная реакция, обнаружено явление радиоактивности, открыты нейтрон и протон, предсказано существование нейтрино и т.д. Основным детектором частиц долгое время была пластинка, с нанесенным на нее слоем сернистого цинка. Частицы регистрировались глазом по производимым ими в сернистом цинке вспышкам света. Черенковское излучение впервые наблюдалось визуально. Первая пузырьковая камера, в которой Глезер наблюдал треки б-частиц была с наперсток. Источником частиц высоких энергий в то время были космические лучи - частицы, образующиеся в мировом пространстве. В космических лучах впервые наблюдались новые элементарные частицы. 1932 год - открыт позитрон (К. Андерсон), 1937 год - открыт мюон (К. Андерсон, С. Недермейер), 1947 год - открытмезон (Пауэл), 1947 год - обнаружены странные частицы (Дж. Рочестер, К. Батлер).

Со временем экспериментальные установки становились все сложней. Развивалась техника ускорения и детектирования частиц, ядерная электроника. Успехи в физике ядра и элементарных частиц все в большей степени определяются прогрессом в этих областях. Нобелевские премии по физике часто присуждаются за работы в области техники физического эксперимента.

Создание первых ускорителей Дж. Кокрофтом и Э. Уолтоном, Р. ВандеГраафом, Э. Лоуренсом в 1931-32 гг. открыло новую эру в ядерной физике. Экспериментаторы получили в свое распоряжение удобные инструменты, на которых можно было получать пучки ускоренных заряженных частиц с энергией от нескольких МэВ до десятков МэВ.

В 1944-45 годах В. Векслер и независимо от него Э. Макмиллан открыли принцип автофазировки, позволяющий достигать релятивистских энергий ускоренных частиц. Открытие принципа автофазировки привело к появлению новых типов ускорителей - фазотронов, синхротронов, синхрофазотронов. Разработка метода сильной фокусировки позволила получать уникальные по своим параметрам пучки (с малыми поперечными размерами, высокой интенсивностью, большими энергиями).

Первые ускорители высоких энергий были построены в Дубне, вблизи Женевы и Брукхейвене. В первых ускорителях пучок частиц направлялся на неподвижную мишень. Однако по мере увеличения энергии налетающих частиц все большая часть энергии пучка бесполезно расходуется на движение центра масс образующейся системы. Если же сталкиваются между собой два пучка можно получить значительный выигрыш в энергии, так как при лобовом столкновении двух пучков частиц с одинаковыми массами и одинаковыми энергиями центр масс будет оставаться неподвижным. Однако, чтобы при этом сталкивающиеся пучки эффективно взаимодействовали, необходимо создать в области столкновения высокую плотность частиц. Ускорители такого типа были созданы и получили название ускорителей на встречных пучках или коллайдеров. Первые электронные коллайдеры были построены в 1965 году в ИЯФ (Новосибирск) и Стенфордской национальной лаборатории. В 1971 году был построен первый протонный коллайдер, а в 1985 году - протон-антипротонный коллайдер.



1. Источники ядерных частиц

В ядерной физике используются разнообразные источники ядерных частиц. Среди них выделяют:

1. Естественные радиоактивные препараты - источники б-частиц, в-частиц, электронов, позитронов, г-квантов, нейтронов;

2. Ускорители - источники заряженных частиц и ядер;

3. Ядерные реакторы - мощные источники нейтронов и г-квантов;

4. Космические лучи. [1]

1.1 Радиоактивные источники

Исторически первыми источниками альфа-. бета-частиц и гамма-лучей с энергиями до нескольких МэВ были радиоактивные препараты, содержащие естественные радиоактивные ядра. Радиоактивные препараты дают частицы с энергиями, как правило, ниже энергий большинства ядерных реакций. Они используются для исследования самого явления радиоактивности и для прикладных целей. [2]

1.1.1 Источники б-частиц

Из-за малого пробега б-частиц источники б-излучения изготовляют в виде тонкого слоя (меньше 0,1 мг/см²) изотопа на плоской подложке. Для получения высокой удельной активности период полураспада изотопа должен быть не слишком велик.

Наиболее широко применяют изотопы Рu238, Pu239, Pu240, U234 и Ро210.



Таблица 1. Источники б-частиц.

Изотоп	Период полураспада	Энергия излучения, Мэв	Выход излучения на 100 распадов
Рu238	86 лет	5,45	28
Pu239	24360 лет	5,10; 5,14; 5,16	11,5; 15,1; 73,0
Pu240	6580 лет	5,12; 5,17	24, 76
Ро210	138 дней	5,30	100

1.1.2 Источники в-излучения

Они обычно представляют препарат с в-активным изотопом, помещенный в герметичную ампулу. Поскольку спектр в-излучения сплошной, в таблице указывается максимальная энергия частиц Еmах. Изотоп Y90, являющийся продуктом распада Sr90, имеет малый период полураспада. Поэтому через одну-две недели после изготовления источника Sr90, между последним и Y90устанавливается радиоактивное равновесие, т. е. получается смешанный источник Sr90+Y90с периодом полураспада 28 лет.

Таблица 2. Источники в-излучения.

Изотоп	Период полураспада	Энергия излучения, Кэв	Выход излучения на 100 распадов
H3	12.3 года	18	100
C14	5760 лет	155	100
S35	87,2 дня	167	100
Sr90	28 лет	546	100
Y90	64,3 часа	2260	100
Ni63	125 лет	67	100

Они представляют собой радиоактивный препарат, помещенный в герметичные ампулы из нержавеющей стали или алюминия; в некоторых случаях используются источники в виде металлических подложек с тонким слоем изотопа.

1.1.3 Источники г-излучения

Источники обычно испускают сложный спектр из нескольких интенсивных линий. Большинство г-активных препаратов испускает и в-излучение, однако оно поглощается в корпусе ампулы или может быть легко исключено дополнительной экранировкой.

Чистое г-излучение, без сопровождающего в-излучения, получается при изомерных переходах или К-захвате.

Таблица 3. Источники г-излучения.

Изотоп	Период полураспада	Энергия излучения, Кэв	Выход излучения на 100 распадов
Co60	5,25 лет	1330	199
Cs137	29,6 лет	661	82,5
Tm170	129 дней	84,2	3
Se75	120 дней	121; 136; 265; 279; 400	20; 61; 71; 29; 16
Cd109	1,3 года	22,6	100

1.1.4 Изотопные источники нейтронов

Чаще всего они представляют собой смесь или сплав б-излучателя с бериллием или бором. При бомбардировке последних б-частицами происходит реакция (а, n), например, Ве9(б, n) С12; В11(б, n) N14. Спектр нейтронов этих реакций сплошной, в основном за счет потери части энергии б-частиц на ионизацию в веществе самого источника. В качестве б-излучателя чаще всего применяют Ро210или Рu239. Достоинством первого является практически полное отсутствие г-излучения, не считая г-квантов, сопровождающих часть реакций (б, n); недостатком - слишком малый период полураспада. Достоинством Рn239является большой период полураспада, недостатком - большой вес на единицу активности, обусловливающий большой размер и большую стоимость по сравнению с источниками с Ро210. Источники с бором дают более мягкий спектр нейтронов, чем источники с бериллием.

Таблица 4. Изотопные источники нейтронов.

Источник	Период полураспада	Энергия излучения, Мэв	Ядерная реакция
Pu239+Be	24360 лет	До 10,8	Be9(б, n)
Pu238+Be	86,4 года	До 11	Be9(б, n)
Po210+Be	138 дней	До 10,9	Be9(б, n)
Po210+B	138 дней	До 5-6	B11(б, n)
Sb124+Be	54 дня	0,024	Be9(г, n)
Cf252	2,2 года	До 7-8	Спонтанное деление

Конструктивно Ро-Ве и Ро-В источники представляют собой герметичные двойные ампулы из нержавеющей стали или хромированной латуни, внутри которых расположена стеклянная ампула с порошком карбида бериллия (керамическая таблетка) или карбида бора с осажденным на нем Ро210. Pu-Ве источники представляют собой двойные ампулы, заполненные сплавом Pu-Ве. К ампульным источникам относится источник из спонтанно делящегося материала, в первую очередь из Cf252, с наиболее вероятной энергией нейтрона 1,3 МэВ. Ограниченное применение, в основном при градуировке приборов, имеют фотонейтронные источники, чаще всего Sb124+Be. Их недостатком является большой фон g-излучения.

1.2 Ускорители частиц

Ускорители - это установки для получения заряженных частиц (электронов, протонов, ионов, атомных ядер) в виде пучка частиц высоких, средних и низких энергий. Частицы движутся в вакуумной камере. Ускорение частиц производится электрическим полем. Управление движением, формированием пучка и траектории - магнитным полем. В настоящее время ускорители являются единственными источниками заряженных частиц, которые используются для осуществления ядерных реакций и реакций с элементарными частицами. По типу ускоряемых частиц ускорители делятся на два больших класса: электронные ускорители и протонные ускорители. Ионных ускорителей значительно меньше. [1]

Ускорители являются основными источниками пробных частиц в субатомных экспериментах. Необходимость использования ускорителей для исследования структуры микромира очевидна. Во-первых, атомные ядра и элементарные частицы занимают очень малые области пространства, и проникновение в эти области требует высокой разрешающей способности зондирующего пучка, обеспечивающей взаимодействие отдельной пробной частицы с отдельным микрообъектом. Во-вторых, чем меньше микрообъект, тем он прочнее и проведение экспериментов с перестройкой или разрушением внутренней структуры такого объекта также требует большей энергии. [3]

Зная размеры изучаемого объекта, легко оценить энергию пробных частиц, необходимую, для его изучения. Всякая частица обладает волновыми свойствами. Длина её волны зависит от импульса и дается формулой де Бройля:

Приведенная формула даёт также связь между длиной волны релятивистской частицы и её кинетической энергией Е (использовано численное значение переходной константы МэВ.Фм?200 МэВ.Фм и ультрарелятивистское приближение для импульса:

В эксперименте по рассеянию структура объекта становится "видимой", если длина волны де Бройля сравнима или меньше размера (радиуса) объекта R, т.е. при . При использовании в качестве зондирующих частиц электронов внутрь ядра можно "заглянуть", если энергия электрона будет превышать 100 МэВ. Для наблюдения структуры нуклона энергия электрона должна уже исчисляться гигаэлектронвольтами (1 ГэВ = 109 эВ). Современные ускорители позволяют ускорять частицы до энергии нескольких ТэВ (1 ТэВ = 1012 эВ). Для сравнения укажем, что кинетическая энергия летящего москита приблизительно 1 ТэВ.

Рождение новых частиц происходит в результате преобразования кинетических энергий, взаимодействующих (сталкивающихся) частиц. Чем больше масса частицы, которую необходимо получить в столкновении, тем больше должна быть энергия сталкивающихся частиц.

В принципе ускоритель позволяет сформировать пучок пробных частиц с требуемыми для эксперимента характеристиками (энергией, потоком или интенсивностью, пространственными размерами и т.д.). Для ряда экспериментов необходим пучок, так называемых, поляризованных частиц, т. е. частиц, спины которых направлены в одну сторону (выстраивание спинов достигается пропусканием пучка частиц через сильное магнитное поле). В современных ускорителях, предназначенных для изучения элементарных частиц, могут ускоряться античастицы (позитроны, антипротоны) и для многократного роста эффективности использования энергии частиц их пучки в ряде установок (коллайдерах) после завершения ускорительного цикла сталкиваются (встречные пучки). [3]

Ускорители различаются типом ускоряемых частиц, характеристиками пучка (энергией, интенсивностью и др.), а также конструкцией. Наиболее распространены ускорители электронов и протонов, поскольку пучки этих частиц проще всего приготовить. Есть ускорители более тяжелых частиц - дейтронов (ядер дейтерия 2H), б-частиц (4He), а также ионов других ядер, в том числе и тяжёлых, таких как свинец. Современные ускорители высокой энергии оснащаются системами генерации пучков вторичных частиц. В качестве последних могут быть пионы, мюоны, нейтрино и др. С помощью пучков вторичных частиц (в частности, нейтрино и антинейтрино) выполнены многие важные эксперименты. [3]

Рисунок 1. Ускоритель и его место в эксперименте.



В ускорителях увеличение энергии заряженных частиц происходит под действием электрического поля, направленного вдоль импульса частицы. Любой ускоритель конструктивно состоит из трёх частей (см. рисунок) - системы, где "изготавливаются" ускоряемые частицы (инжектор), ускорительной системы, где низкоэнергичные частицы от инжектора (обычно сформированные в виде локализованных в пространстве сгустков) увеличивают энергию до проектной, и системы транспортировки (вывода) пучка к экспериментальной установке. [3]

Условно, с точки зрения траектории, по которой частицы двигаются в процессе ускорения, ускорители можно разбить на два класса - линейные (и прямого действия) и циклические. Как следует из самих названий, в линейных ускорителях частицы в процессе ускорения двигаются прямолинейно, а в циклических - либо по одной и той же замкнутой траектории, многократно проходя одни и те же ускоряющие промежутки (синхротроны), либо по траектории, напоминающей раскручивающуюся спираль (циклотроны, микротроны).

1.2.1 Высоковольтные ускорители

Высоковольтный ускоритель - устройство для ускорения заряженных частиц электрическим полем, постоянным в течение всего времени ускорения частиц. Основные элементы высоковольтных ускорителей- источник заряженных частиц, ускоряющая система и высоковольтный генератор (рисунок 2). Напряжение, получаемое от высоковольтного генератора 1, подаётся на электроды ускоряющей системы 3 и создаёт внутри неё электрическое поле.

Заряженные частицы из источника 2 ускоряются этим полем до энергии

е=enuэВ,



где nu - заряд ускоряемой частицы (е - элементарный электрический заряд; u выражено в В).

Используя перезарядку частиц, можно при том же и получить частицы с энергией, в несколько раз превышающей энергию в обычных высоковольтных ускорителях.

Рисунок 2. Схема высоковольтного ускорителя (линия со стрелкой изображает траекторию частицы).

Основное преимущество высоковольтного ускорителя по сравнению с другими типами ускорителей - возможность получения пучков заряженных частиц с высокой стабильностью энергии и малым разбросом по энергии частиц, ускоряемых в постоянном во времени и однородном электрическом поле, а также возможность создания установок с большой мощностью и высоким кпд. С помощью высоковольтного ускорителя может быть получена относительная нестабильность энергии ~10-4, а у отдельных высоковольтных ускорителей ~10-5-10-6. Благодаря этому высоковольтные ускорители нашли широкое применение как при исследованиях в атомной и ядерной физике, так и для решения различных прикладных задач. [4]

1.2.2 Циклические ускорители

Циклический ускоритель - один из видов ускорителей заряженных частиц, в котором частицы во время ускорительного цикла движутся по траекториям, близким к окружности либо спирали. Все циклические ускорители (кроме бетатрона) резонансные: микротрон, синхротрон, циклотрон, фазотрон. В бетатроне частицы движутся по кольцевой орбите и ускоряются вихревым электрическим полем. В резонансных циклических ускорителях ускорение происходит в высокочастотном электрическом поле, в ускоряющих промежутках, к которым частицы многократно возвращаются. При этом частота обращения частиц и частота колебаний электрического поля должны быть так согласованы друг с другом (резонанс), чтобы при каждом последующем обороте частицы проходили ускоряющий промежуток при одной и той же равновесной фазе ускоряющего поля (или вблизи неё). Принцип многократного ускорения частиц небольшими электрическими полями позволил ускорять частицы в циклическом ускорителе до энергий, измеряемых сотнями ГэВ и даже несколькими ТэВ. [5]

Циклотрон.

Циклотрон - циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты. [6]

В 1930 году Э. Лоуренсом (США) был создан и первый циклический ускоритель - циклотрон на энергию протонов 1 МэВ (его диаметр был 25 см). На рисунке 3 показана первая работающая модель циклотрона. На рисунке 4 циклотрон следующего поколения, который позволял ускорять протоны и дейтроны до энергий в несколько МэВ.

Рисунок 3. Первая работающая модель циклотрона.



Рисунок 4. С. Ливингстоун и Э. Лоуренс у 27-дюймового циклотрона, который широко использовался в экспериментальных исследованиях ядерных реакций и искусственной радиоактивности.

Схема устройства циклотрона показана на рисунке 5. Тяжелые заряженные частицы (протоны, ионы) попадают в камеру из инжектора вблизи центра камеры и ускоряются переменным полем фиксированной частоты, приложенным к ускоряющим электродам (их два, и они называются дуантами). [6]

Рисунок 5. Схема циклотрона: вид сверху и сбоку: 1 - источник тяжелых заряженных частиц (протонов, ионов), 2 - орбита ускоряемой частицы, 3 - ускоряющие электроды (дуанты), 4 - генератор ускоряющего поля, 5 - электромагнит. Стрелки показывают силовые линии магнитного поля.

Частицы с зарядом Ze и массой m движутся в постоянном магнитном поле напряженностью B, направленном перпендикулярно плоскости движения частиц, по раскручивающейся спирали. Радиус R траектории частицы, имеющей скорость v, определяется формулой:



где - релятивистский фактор.

В циклотроне для нерелятивистской (г ? 1) частицы в постоянном и однородном магнитном поле радиус орбиты пропорционален скорости, а период обращения:

т.е. не зависит от энергии частицы. В зазоре между дуантами частицы ускоряются импульсным электрическим полем (внутри полых металлических дуантов электрического поля нет). В результате энергия и радиус орбиты возрастают. Повторяя ускорение электрическим полем на каждом обороте, энергию и радиус орбиты доводят до максимально допустимых значений. На последнем витке спирали включается отклоняющее электрическое поле, выводящее пучок наружу. Постоянство магнитного поля и частоты ускоряющего поля делают возможным непрерывный режим ускорения. Пока одни частицы двигаются по внешним виткам спирали, другие находятся в середине пути, а третьи только начинают движение. [6]

Недостатком циклотрона является ограничение существенно нерелятивистскими энергиями частиц, так как даже не очень большие релятивистские поправки (отклонения г от единицы) нарушают синхронность ускорения на разных витках и частицы с существенно возросшими энергиями уже не успевают оказаться в зазоре между дуантами в нужной для ускорения фазе электрического поля. В обычных циклотронах протоны можно ускорять до 20-25 МэВ.

Для ускорения тяжёлых частиц в режиме раскручивающейся спирали до энергий в десятки раз больших (вплоть до 1000 МэВ) используют модификацию циклотрона, называемую изохронным (релятивистским) циклотроном, а также фазотрон. В изохронных циклотронах релятивистские эффекты компенсируются радиальным возрастанием магнитного поля.

Бетатрон.

Первым циклическим ускорителем электронов явился бетатрон. Его первый экземпляр был построен в 1940 г. Д. Керстом. Бетатрон - это индукционный ускоритель, в котором энергия электронов увеличивается за счет вихревого электрического поля, создаваемого изменяющимся магнитным потоком, направленным перпендикулярно к плоскости орбиты частиц. Электроны двигаются по круговой орбите постоянного радиуса в нарастающем во времени по синусоидальному закону магнитном поле (обычно промышленной частоты 50 Гц). Удержание электронов на орбите постоянного радиуса обеспечивается определенным образом подобранным соотношением между величинами магнитного поля на орбите и внутри неё. Рабочим циклом является первая (нарастающая) четверть периода магнитного поля. [6]

Бетатрон конструктивно представляет собой большой электромагнит, между полюсами которого расположена тороидальная вакуумная камера (рисунок 6).

Рисунок 6. Схема бетатрона: а) вид сверху, б) сечение по линии АА. Показаны вектора Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей. 1 - электромагнит, 2 - вакуумная камера, 3 - орбита электрона, 4 - инжектор, 5 - тормозная мишень, 6 - тормозное излучение.



Электромагнит создаёт в зазоре между полюсами переменное (меняющееся со временем по закону синуса, обычно с промышленной частотой 50 Гц) магнитное поле напряженностью H, которое в плоскости вакуумной камеры создаёт вихревое электрическое поле Е (э.д.с. индукции).

В вакуумную камеру с помощью инжектора (электронная пушка) в начале каждого периода нарастания магнитного поля (т.е. с частотой 50 Гц) впрыскиваются электроны, которые увлекаются вихревым электрическим полем Е в процесс ускорения по круговой орбите. В момент, когда магнитное поле достигает максимального значения (в конце первой четверти каждого периода), процесс ускорения электронов прекращается и сменяется их замедлением, так как вихревое поле Е меняет направление, а э.д.с. индукции - знак. [6]

Электроны, достигшие наибольшей энергии, смещаются с равновесной орбиты и либо выводятся из камеры, либо направляются на специальную мишень внутри камеры, называемую тормозной.

Торможение электронов в этой мишени в кулоновском поле ядер и электронов приводит к возникновению электромагнитного тормозного излучения, максимальная энергия которого равна кинетической энергии Ее электронов в конце ускорения:

.

Тормозные фотоны летят в направлении движения первичных электронов в узком конусе. Их энергетический спектр непрерывен, причем, чем меньше энергия фотонов, тем их больше в тормозном излучении. Формирование высокоэнергичного электромагнитного г-излучения торможением высокоэнергичных электронов в мишени - наиболее простой и эффективный способ создания пучка г-квантов высокой энергии для экспериментов в области ядерной физики и физики частиц.

Бетатроны преимущественно и используются как источники тормозного излучения. Благодаря простоте конструкции и управления, а также дешевизне бетатроны получили широкое применение в прикладных целях в диапазоне энергий 20-50 МэВ. Создание бетатронов на более высокие энергии сопряжено с необходимостью использования электромагнитов слишком большого размера и веса (магнитное поле приходится создавать не только на орбите, но и внутри неё).

Микротрон.

В циклотронах нельзя ускорять электроны по той же схеме, как и протоны, так как они быстро достигают релятивистских скоростей. Тем не менее существуют ускорители (микротроны), в которых электроны, также как и протоны в циклотроне, многократно ускоряются импульсами высокочастотного электрического поля в постоянном однородном магнитном поле (принцип действия микротрона предложен в 1944 г. В. Векслером). В микротроне (рисунок 7) частицы вводятся в ускорительную камеру не в центральной части магнитного поля, как в циклотроне, а на его краю. В месте ввода частиц помещается полый ускоряющий резонатор. [6]

Рисунок 7. Схема микротрона.

При каждом обороте электроны получают энергию 0,5 МэВ и попадают в резонатор точно в момент ускорения на каждом витке (период n-го оборота кратен периоду первого оборота). Электроны движутся по окружности увеличивающегося радиуса, причём все окружности касаются внутри резонатора. Энергии электронов в "классических" микротронах обычно не превышают 30 МэВ и ограничиваются размерами постоянного магнита и возрастающими требованиями к однородности его поля при увеличении габаритов ускорителя.

В настоящее время ограничения на энергии микротронов сняты использованием его варианта, названного разрезным микротроном (предложен А. Коломенским). Переход от классического микротрона к разрезному можно пояснить с помощью рисунка 8. [6]

Рисунок 8. Схема разрезного микротрона.

Если магнит классического микротрона "разрезать" на две одинаковые части вдоль пунктирной линии АА и две эти части раздвинуть, оставив ускоряющий резонатор между половинками магнита, то приходим к схеме разрезного микротрона. Теперь пространство между магнитами позволяет заменить небольшой резонатор, допускающий лишь малый ?0.5 МэВ) прирост энергии за оборот, на самостоятельный (линейный) ускоритель с энергией ?10 МэВ и более и это позволит многократно увеличить конечную энергию электронов (есть разрезные микротроны на энергию ?1 ГэВ).

Ускорение электронов по схеме разрезного микротрона или сходной с ней в настоящее время используется для генерации пучков электронов большой энергии в непрерывном режиме. Это достигается непрерывностью режима работы основной ускорительной структуры (линейного ускорителя), расположенной между разделенными частями постоянного магнита микротрона. В микротроне непрерывного действия вся ускорительная камера заполнена электронами, находящимися на всех стадиях ускорения - от начальной (т.е. с наименьшей энергией) до максимально возможной. Непрерывный режим работы такого ускорителя позволяет использовать для экспериментов все время его работы и, тем самым, повысить количество актов изучаемого взаимодействия за фиксированное время в ?1/D103 раз, что особенно важно для исследования редких событий.

Крупнейшим ускорителем электронов, работающим в непрерывном режиме (D = 1) является ускоритель Национальной лаборатории им. Томаса Джеферсона (TJNAF) в г. Ньюпорт-Ньюс (США). Он использует сверхпроводящие ускорительные структуры и позволяет ускорять электроны до энергии 5.71 ГэВ. Ток его электронного пучка 200 мкА. Энергетическое разрешение ?E/E = 2.5*10-5.

Синхротрон.

Синхротрон - кольцевой циклический ускоритель заряженных частиц, в котором частицы двигаются по орбите неизменного радиуса за счёт того, что темп нарастания их энергии в ускоряющих промежутках синхронизован со скоростью нарастания магнитного поля на орбите (рисунок 9). Он позволяет ускорять как лёгкие заряженные частицы (электроны, позитроны), так и тяжёлые (протоны, антипротоны, ионы) до самых больших энергий. В настоящее время все циклические ускорители на максимальные энергии - это ускорители синхротронного тип (их принцип предложен в 1944 г. В. Векслером (СССР) и независимо в 1945 г. Э. Макмилланом (США). [6]

В синхротронах (рисунок 9) магнитное поле переменное и частицы двигаются по одной и той же замкнутой траектории, многократно проходя прямолинейные промежутки с ускоряющим электрическим полем радиочастотного диапазона.

Рисунок 9. Схема синхротрона.



Частицы, увеличивающие свою энергию, удерживаются на фиксированной орбите с помощью нарастающего поля мощных отклоняющих (в том числе и сверхпроводящих) кольцевых магнитов [6]. Для удержания частиц на орбите постоянного радиуса темп нарастания поля синхронизован с темпом нарастания энергии частиц (отсюда происходит название этого типа ускорителя). По достижении максимального магнитного поля ускоренные частицы либо направляются на неподвижную мишень, либо сталкиваются со встречным пучком, после чего цикл ускорения повторяется.

Когда скорость частицы близка к скорости света, соотношение между кинетической энергией частицы Е и радиусом траектории R имеет в системе СИ вид:

где H - величина напряженности магнитного поля, а q - заряд частицы. Поэтому максимально достижимая энергия частицы пропорциональна радиусу траектории и величине магнитного поля. Сократить размеры установки можно, увеличивая величину поля, а она ограничена эффектом насыщения металла (обычно, железа), используемого в качестве материала сердечника электромагнита. В самых современных ускорителях, в этой связи, используются электромагниты с катушкой из сверхпроводящего материала, работающие при температуре жидкого гелия.

Мощность синхротронного излучения Р для релятивистской частицы следующим образом зависит от её массы m энергии Е и радиуса траектории R:



Таким образом, если электроны и протоны одинаковых энергий, двигаются по орбитам одного радиуса, то потери энергии на синхротронное излучение у электронов будут в (mp/me)4?1013 раз больше. Поэтому на синхротронах пока не удалось ускорить электроны до энергий бoльших 100 ГэВ. Крупнейшим современным синхротроном является синхротрон в Батавии (США). Он ускоряет протоны и антипротоны до энергии 1 ТэВ = 1012 эВ и называется Теватрон. Радиус круговой орбиты в этом ускорителе 1 км. [6]

Синхофазатрон.

Синхрофазотрон - циклический резонансный ускоритель тяжелых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором объединяются свойства фазотрона и синхротрона. Здесь управляющее магнитное поле и частота ускоряющего электрического поля одновременно изменяются во времени так, чтобы радиус равновесной орбиты частиц оставался постоянным.

Рассмотрим действие лоренцевой силы и рассчитаем энергию протонного ускорителя, представляющего собой кольцевой магнит диаметром 2 км. Между полюсами этого магнита расположена тороидальная вакуумная камера, в которую инжектирован пучек протонов. Если смотреть на ускоритель сверху (рисунок 10), то пучок протонов движется по часовой стрелке со скоростью х, близкой к скорости света.

На протон действует центростремительная сила, направленная к центру. Если поле направлено из плоскости чертежа, то сила Лоренца всегда направлена к центру. [7]

Рисунок 10. Схема синхрофазотрона.



Центростремительная сила равна:

где mr - релятивистская масса протона.

Поскольку, то можно записать - так можно рассчитать полную релятивистскую энергию протонов:

Заметим при этом, что магнитное поле не увеличивает скорость или энергию частиц. Ускорение протонов осуществляется при каждом их обороте в кольце за счет электростатического поля, которое действует на коротком участке кольца.

Планируется построить в г. Серпухове протонный синхрофазотрон на энергию примерно 3 000 ГэВ (диаметр установки примерно 6 000 м).

В фазотронах, микротронах, синхротронах и синхрофазотронах частицы ускоряются до релятивистских скоростей. [7]

Масса частицы m зависит от ее скорости :

где - масса покоя частицы; - отношение скорости частицы к скорости света в вакууме.

Кинетическая энергия частицы K:

,



где - полная энергия частицы;- энергия покоя частицы.

Импульс релятивистской частицы:

Период обращения релятивистской частицы:

Радиус окружности траектории релятивистской частицы:

1.2.3 Линейные ускорители

Линейные ускорители - ускорители заряженных частиц, в которых частица движется по прямолинейной траектории. Линейные ускорители можно разбить на две категории - ускорители прямого действия и собственно линейные ускорители. [6]

Наиболее известным ускорителем прямого действия является электростатический генератор (генератор Ван де Граафа), где частицы или ионы ядер ускоряются непосредственно за счет одно- или двукратного (в тандемах) прохождения разности потенциалов, достигающей 20 миллионов вольт. Однако, в таких ускорителях трудно обеспечить энергию частиц больше 40 - 50 МэВ для протонов и для достижения ещё больших энергий используют собственно линейные ускорители.

В линейных ускорителях (рисунок 11) частица подвергается многократному ускорению, пролетая сквозь ряд цилиндрических трубок, присоединенных к электрическому генератору высокой частоты (используют радиочастотные генераторы).

Рисунок 11. Схема линейного ускорителя.

Пучок частиц двигается вдоль оси трубок. Внутри каждой трубки электрическое поле равно нулю. Соседние трубки имеют противоположную полярность. Таким образом, ускорительное поле находится в зазорах между трубками. Частота генератора и размеры трубок подбираются так, чтобы сгусток ускоряемых частиц подходил к очередному зазору в тот момент, когда полярность трубок изменяется на противоположную.

Длина трубки , скорость частицы и период высокочастотного поля связаны соотношением

.

В линейных ускорителях частицы могут ускоряться также электромагнитной волной, распространяющейся внутри цилиндрических полостей (ускорители бегущей волны).

Для достижения больших энергий приходится строить линейные ускорители большой длины. Наибольший линейный ускоритель был построен в Стэнфорде (США). Он показан на рисунке 12.



Рисунок 12. Стэнфордский линейный ускоритель (SLAC).

Этот ускоритель работал в период 1989-1998 гг., имел длину около 3 км и ускорял как электроны, так и позитроны до энергии 50 ГэВ. Для достижения такой энергии частицы испытывают около 80 000 актов ускорения. Этот ускоритель работал в режиме коллайдера, когда пучок электронов с энергией 50 ГэВ сталкивается с пучком позитронов такой же энергии. [6]

Ускоритель на встречных пучках (коллайдер).

Существует два типа ускорительных установок: ускорители с неподвижной мишенью и ускорители со встречными пучками (или коллайдеры). В ускорителях первого типа частицы после ускорения выводят из ускорительной камеры и направляют на неподвижную мишень, например, металлическую пластину. В этом случае далеко не вся кинетическая энергия ускоренной частицы может быть "вложена" в изучаемый процесс, например, во внутреннее возбуждение атомного ядра или частицы-мишени или в рождение новой частицы, так как значительная, а часто и подавляющая часть этой энергии не может быть "изъята" у частицы, поскольку идёт на "обеспечение" выполнения закона сохранения импульса - большой импульс частицы до столкновения должен сохраниться в виде большого импульса (а значит, и кинетической энергии) продуктов реакции.

Конкретные оценки позволяют увидеть огромную разницу между кинетическими энергиями, например, протонов в ускорителе с неподвижной мишенью и со встречными пучками, которые необходимы для рождения частиц большой массы. [6]

Огромное энергетическое преимущество ускорителей на встречных пучках сделало их совершенно необходимым атрибутом ведущих современных центров исследования физики элементарных частиц. Есть две основные схемы реализации коллайдеров (рисунок 13).

Рисунок 13. Два типа ускорителей на встречных пучках: а - для частиц, имеющих одинаковые заряды или разные массы (например, протон-протон или электрон-протон); б - для частиц с противоположными по знаку зарядами и равными массами, т. е. частиц и античастиц (электрон-позитрон, протон-антипротон).

Если встречные пучки состоят из частиц, имеющих равные массы и противоположные по знаку заряды (т.е. античастицы, например, электрон-позитрон или протон-антипротон), то для обоих пучков используется одно кольцо магнитов (рисунок 13б). В некоторых точках этого кольца имеются участки взаимодействия ускоренных встречных пучков. Если же встречные частицы имеют одинаковые заряды или разные массы (например, протон-протон или электрон-антипротон), то необходимы два кольца магнитов и в некоторых местах создаются области столкновения (пересечения) пучков (рисунок 13а). [6]

Во встречных пучках, двигающихся навстречу друг другу, накапливается максимально возможное число частиц (до 1015 в пучке). Однако накапливаемые плотности частиц малы и при каждом обороте реальные столкновения испытывают немногие частицы. Взаимодействие пучков почти не нарушает динамику их движения в ускорительном кольце и пучки многие часы и даже сутки могут циркулировать в ускорителе без пополнения.

Важной характеристикой коллайдеров является светимость, обозначаемая буквой L (от англ. Luminosity).

Встречные пучки состоят из отдельных сгустков частиц, называемых банчами (от англ. bunch), двигающихся с определенным интервалом (частотой) друг за другом. Рассмотрим два цилиндрических банча одинакового сечения, летящих навстречу друг другу и затем сталкивающихся (рисунок 14).

Рисунок 14. Два сталкивающихся сгустка частиц (банча) в коллайдере.

Будем считать, что банчи равномерно заполнены частицами и при столкновении полностью перекрываются. В левом банче n1 частиц, а в правом n2. Вначале положим, что на орбите коллайдерабанчи сталкиваются один раз в единицу времени. Число взаимодействий N1 в единицу времени между частицами этих двух банчей (т.е. число актов реакций в единицу времени) можно вычислить по формуле (2) из раздела "Сечение реакции", приняв левый банч за частицы-снаряды, а правый - за мишень:

где у - эффективное сечение взаимодействия. Здесь учтено, что плотность потока падающих на правый банч частиц левого банча



,

а полное число частиц в правом банче (принятом в качестве мишени)

,

где концентрация частиц в правом банче. Если банчи сталкиваются раз в единицу времени (т.е. с частотой ), то число актов реакции будет даваться выражением:

где и есть светимость коллайдера. [6]

Крупнейшие современные центры, предназначенные для исследования физики элементарных частиц, представляют собой многоцелевые комплексы из нескольких ускорителей, функционально связанных между собой. Хорошим примером такого ускорительного комплекса является ЦЕРН (Женева). Схема комплекса приведена на рисунке 15.

Рисунок 15. Ускорительный комплекс ЦЕРН.

Самым крупным ускорителем этого комплекса является Большой АдронныйКоллайдер LHC (LargeHadronCollider), на котором будут сталкиваться пучки ускоренных до энергии 7 ТэВ протонов, а также ядра свинца. Этот ускоритель сооружается в подземном кольцевом туннеле (его периметр 26.7 км) на месте другого недавно действовавшего крупнейшего е+е- - коллайдера. LEP -LargeElectronPositron (Collider), ускорявшего электроны и позитроны до энергии 101 ГэВ. [6]

1.3 Источники г-квантов высоких энергий

Для получения пучка г-квантов высокой энергии электронный пучок направляют на тугоплавкую мишень, из которой вылетает пучок г-квантов. Это пучок г-квантов тормозного излучения хорошо коллимирован и имеет достаточную интенсивность. К сожалению, энергетический спектр непрерывный от 0 до Егмах. Мощным источником г-квантов являются ядерные реакторы. Большинство электронных ускорителей используются как источники синхротронного г-излучения. [1]

1.4 Источники нейтронов и других нейтральных частиц

Нейтроны как и все электрически нейтральные частицы, нельзя ускорять и фокусировать электромагнитными полями. Такие частицы образуются только в результате ядерных реакций. Источники нейтронов можно разделить на три группы:

1. Источники, в которых нейтроны создаются радиоактивными излучениями;

2. Источники, в которых нейтроны создаются частицами, вылетающими из ускорителей;

3. Ядерные реакторы.

Во всех типах источников нейтроны, как правило, получаются быстрыми. Взаимодействие нейтронов с ядрами особенно интенсивно в случае медленных нейтронов (сечение взаимодействия пропорционально 1). Полученные в источниках нейтроны используются либо сразу, либо после предварительного замедления. Особое значение имеют источники тепловых нейтронов. [9]

Характеристиками источников нейтронов являются:

- Интенсивность (число нейтронов в 1 сек);

- Энергетическое и угловое распределение (спектр);

- Степень поляризации нейтронов источника;

- Режим испускания (непрерывный или импульсный).

Радиоизотопные источники нейтронов.

Пример: Смесь порошков бериллия и б-активного нуклида. В реакции образуются-частицы с энергией Еб=5,305 МэB, которые в реакции +5,6 МэB выбивают нейтроны с энергией Еn от 0,5 МэB до 10 МэB. Выход реакции 3.106 нейтрон/сек на 1 кюри полония (1 Kи = 3,7.1010 расп/ сек). Имеется высокий уровень сопровождающего г-излучения.

Ускорительные источники нейтронов.

Ядра дейтерия, ускоренные до энергии 2 кэВ, бомбардируют мишень, содержащую тритий. В результате реакции образуются практически моноэнергетические нейтроны с энергией Еn =14 МэВ. Выход нейтронов 107ч1013 нейтрон /сек.

Ядерные реакторы.

Ядерные реакторы испускают 5.1016 нейтронов/сек на каждый мегаватт мощности реактора. Средняя энергия нейтронов деления в реакторе ~ 2 МэВ. В результате замедления нейтронов в конструкционных элементах и замедлителе спектр нейтронов из реактора сильно обогащен тепловыми нейтронами с энергией ~ 0,06 эВ. [1]

Существенным недостатком всех источников нейтронов является сплошной спектр или низкая степень моноэнергетичности. Одна из причин этого - рассеяние нейтронов в самом источнике (а при высоких энергиях и обилие нейтронных каналов). Для выделения из непрерывного спектра источников монохроматических пучков применяются разные методы, основанные на том, что нейтроны различных энергий обладают и различными скоростями.

К другим нейтральным частицам относятся прежде всего нейтральные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях: и пр., а также нейтрино и антинейтрино всех сортов: которые учавствуют только в слабых взаимодействиях. Сильновзаимодействующие частицы в заметных количествах возникают при бомбардировке мишени пучком заряженных частиц из ускорителя очень высокой энергии. Пучок заряженных частиц можно отклонить сильным магнитным полем и таким образом выделить пучок из разных нейтральных частиц различной энергии. При энергиях выше нескольких гигаэлектронвольт появляются нейтральные каоны и нейтральные гипероны и т.д. Нейтральные пионы образовать пучка не могут из-за слишком короткого времени жизни (0,75 10-16 с).

Нейтрино и антинейтрино подвержены только слабым взаимодействиям, а потому при столкновениях любых частиц с любыми мишенями рождаются в ничтожных количествах. Эти частицы рождаются при распадах. При в--распаде рождается электронное антинейтрино , при в+-распаде - электронное нейтрино . Мощным источником электронных антинейтрино является ядерный реактор, электронного нейтрино - Солнце. Мюонные нейтрино и антинейтрино возникают в современных протонных укорителях протонных ускорителях: при столкновении первичного пучка с мишенью сначала возникают заряженные пионы, а затем идут следующие превращения:



Из-за закона сохранения импульса при релятивистских скоростях все продукты распада в виде пучков летят в основном вперед. Если на пути пучков поставить достаточно толстую бетонную или железную стену, то все частицы будут поглощены, за исключением и которые беспрепятственно пройдут через нее. [9]

1.5 Космические лучи

Уникальным источником частиц сверхвысоких энергий, не доступных современным ускорителям. являются космические лучи. Космические лучи - это поток заряженных частиц высокой энергии, приходящих к Земле изотропно со всех направлений космического пространства. Важной особенностью космических лучей составляет нетепловое происхождение их энергий, достигающих в максимуме 1011 ГэВ.

Поток первичных космических лучей, падающих на границу атмосферы, составляет ~ 1 частицу/см2сек. Состав космических лучей: протоны ~90%, ядра гелия ~7%, ядра элементов (10 < Z < 30) ~1%, электроны <1% с энергией 1 ГэВ и г-кванты с интенсивностью ~10 фотон/м²сек и энергией 50 МэВ. Солнечные космические лучи в среднем имеют энергию < 400 МэВ и интенсивность при вспышке на Солнце ~106 част/см²сек. [1]



2. Методы регистрации ядерных частиц

Приборы, которые используются в ядерной физике, предназначены для нахождения и идентификации заряженных частиц. Приборы для регистрации заряженных частиц называются детекторами.

Существует два основных вида детекторов:

1) дискретные (счетные и определяющие энергию частиц): счетчик Гейгера, ионизационная камера и др.;

2) трековые (дающие возможность наблюдать и фотографировать следы (треки) частиц в рабочем объеме детектора): камера Вильсона, пузырьковая камера, толстослойные фотоэмульсии и др.

В основе действия всех приборов лежит общий принцип: заряженные частицы, попадая в прибор, пролетают через вещество, при этом могут вызвать возбуждение атомов, их ионизацию.

Первый детектор элементарных частиц - спинтарископ Крукса, основанный на сцинтилляционном методе, появился в 1903 году. Он позволял зарегистрировать наличие заряженной частицы. [8, 10]

Ему на смену в 1908 году пришел газоразрядный счетчик. Немецкий физик Гейгер использовал для счета заряженных частиц газовый разряд (возникновение искры разряда в газе при прохождении частицы). Этот счетчик регистрировал альфа-излучения радиоактивных элементов. Позже, в 1913 году Гейгер вместе с другим ученым Мюллером усовершенствовал свой прибор, который теперь работал в сфере самостоятельного разряда. Газоразрядные счетчики позволяют лишь регистрировать факт прохождения через них частиц и определить некоторые их характеристики.

Важную роль в ядерных исследованиях играют приборы, которые позволяют зафиксировать трек (след) заряженной частицы. В 1912 году шотландский ученый Вильсон создал новый прибор для регистрации частиц - туманную камеру. Ее действие основано на конденсации перенасыщенной пара на ионах с образованием капель воды. След частицы видим, и его можно сфотографировать.

Другой трековый прибор появился в 1952 году. Американский ученый Глейзер создал пузырчатую камеру, в которой частицы движутся в перегретой жидкости и при этом образуются пузырьки пара. [8, 10]

Для регистрации частиц используют еще один метод - метод толстослойных эмульсий, в котором фотографируются заряженные частицы.

2.1 Счетные методы

Газоразрядный счетчик Гейгера.

Для регистрации электронов и г-квантов (фотонов) большой энергии используется счетчик Гейгера-Мюллера. Он состоит из стеклянной трубки (рисунок 16), к внутренним стенкам которой прилегает катод К - тонкий металлический цилиндр; анодом А служит тонкая металлическая проволока, натянутая по оси счетчика. Трубка заполняется газом, обычно аргоном. Счетчик включается в регистрирующую схему. На корпус подается отрицательный потенциал, на нить - положительный. Последовательно счетчику включается резистор R, с которого сигнал подается к регистрирующему устройству. [8]

радиоактивный ядерный энергия нейтрон

Рисунок 16. Счетчик Гейгера.

Действие счетчика основано на ударной ионизации. Пусть в счетчик попала частица, создавшая на своем пути хотя бы одну пару: "ион + электрон". Электроны, двигаясь к аноду (нити), попадают в поле с нарастающей напряженностью (напряжение между А и K ~ 1600 В), их скорость стремительно возрастает, и на своем пути они создают ионную лавину (возникает ударная ионизация). Попав на нить, электроны снижают ее потенциал, вследствие чего по резистору R пойдет ток. На его концах возникает импульс напряжения, который и поступает в регистрационное устройство. [8]

На резисторе происходит падение напряжения, потенциал анода уменьшается, и напряженность поля внутри счетчика убывает, вследствие чего уменьшается кинетическая энергия электронов. Разряд прекращается. Таким образом, резистор играет роль сопротивления, автоматически гасящего лавинный разряд. Положительные ионы стекают к катоду в течение t?10?4 с после начала разряда.

Счетчик Гейгера позволяет регистрировать 104 частиц в секунду. Он применяется в основном для регистрации электронов и г-квантов. Однако непосредственно г-кванты вследствие своей малой ионизирующей способности не регистрируются. Для их обнаружения внутреннюю стенку трубки покрывают материалом, из которого г-кванты выбивают электроны. При регистрации электронов эффективность счетчика 100%, а при регистрации г-квантов - лишь около 1%.

Регистрация тяжелых б-частиц затруднена, так как сложно сделать в счетчике достаточно тонкое "окошко", прозрачное для этих частиц.

Камера Вильсона.

В камере используется способность частиц больших энергий ионизировать атомы газа.

Камера Вильсона (рисунок 17) представляет собой цилиндрический сосуд с поршнем 1. Верхняя часть цилиндра сделана из прозрачного материала, в камеру вводится небольшое количество воды или спирта, для чего снизу сосуд покрыт слоем влажного бархата или сукна 2.

Внутри камеры образуется смесь насыщенных паров и воздуха.

При быстром опускании поршня 1 смесь адиабатически расширяется, что сопровождается понижением ее температуры.

За счет охлаждения пар становится пересыщенным.

Рисунок 17. Камера Вильсона.

Если воздух очищен от пылинок, то конденсация пара в жидкость затруднена из-за отсутствия центров конденсации. Однако центрами конденсации могут служить и ионы. Поэтому если через камеру (впускают через окошко 3) пролетает заряженная частица, ионизирующая на своем пути молекулы, то на цепочке ионов происходит конденсация паров и траектория движения частицы внутри камеры благодаря осевшим маленьким капелькам жидкости становится видимой. Цепочка образовавшихся капель жидкости образует трек частицы. Тепловое движение молекул быстро размывает трек частиц, и траектории частиц видны отчетливо лишь около 0,1 с, что, однако, достаточно для фотографирования. [8]

Вид трека на фотоснимке часто позволяет судить о природе частицы и величине ее энергии. Так, б-частицы оставляют сравнительно толстый сплошной след, протоны - более тонкий, а электроны - пунктирный (рисунок 18).

Появляющееся расщепление трека - "вилки" свидетельствует о происходящей реакции.



Рисунок 18. След электрона на фотоснимке.

Чтобы подготовить камеру к действию и очистить ее от оставшихся ионов, внутри нее создают электрическое поле, притягивающее ионы к электродам, где они нейтрализуются.

Советские физики П.Л. Капица и Д.В. Скобельцын предложили размещать камеру в магнитном поле, под действием которого траектории частиц искривляются в ту или иную сторону в зависимости от знака заряда. По радиусу кривизны траектории и интенсивности треков определяют энергию и массу частицы (удельный заряд). [8]

2.2 Трековые методы

Пузырьковая камера.

В настоящее время в научных исследованиях используется пузырьковая камера. Рабочий объем в пузырьковой камере заполнен жидкостью под высоким давлением, предохраняющим ее от закипания, несмотря на то, что температура жидкости выше температуры кипения при атмосферном давлении. При резком понижении давления жидкость оказывается перегретой и в течение небольшого времени находится в неустойчивом состоянии. Если через такую жидкость пролетит заряженная частица, то вдоль ее траектории жидкость закипит, поскольку образовавшиеся в жидкости ионы служат центрами парообразования. При этом траектория частицы отмечается цепочкой пузырьков пара, т.е. делается видимой. В качестве жидкостей используются главным образом жидкий водород и пропан С3Н3. Длительность рабочего цикла порядка 0,1 с. [8]

Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества, вследствие чего частица теряет больше энергии, чем в газе. Пробеги частиц оказываются более короткими, и частицы даже больших энергий застревают в камере. Это позволяет гораздо точнее определить направление движения частицы и ее энергию, наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции.