Loading article…
ワイヤチェンバーまたはマルチワイヤ比例計数管は、荷電粒子と光子を検出し、ガスイオン化の軌跡を追跡することでそれらの軌道の位置情報を提供できる比例計数管の一種です。 [1 ] [2]この技術は、写真技術を使用したバブルチェンバー粒子検出法 よりも改良されており、高速電子機器で粒子の経路を追跡できるようになりました。
説明
マルチワイヤチャンバーは、正の直流電圧 (アノード)がかかったワイヤのアレイを使用し、より低い電位 (カソード)に保たれた導電性の壁を持つチャンバー内を走ります。チャンバーはアルゴン/メタンの混合ガスなどのガスで満たされているため、チューブを通過するイオン化粒子は周囲のガス原子をイオン化し、正イオンと電子からなるイオン対を生成します。これらはチャンバー全体の電界によって加速され、再結合を防ぎます。電子はアノードに加速され、正イオンはカソードに加速されます。アノードでは、タウンゼント雪崩と呼ばれる現象が発生します。これにより、検出された粒子によって蓄積されたイオン化エネルギーに比例する、元のイオン化イベントごとに測定可能な電流が流れます。各ワイヤからの電流パルスを個別に測定することで、粒子の軌跡を見つけることができます。この基本設計を応用したものが、薄いギャップ、抵抗プレート、ドリフトチャンバーです。ドリフトチャンバーは、タイムプロジェクション、マイクロストリップガス、シリコンを使用するタイプの検出器として知られるチャンバー設計における特定の用途の範囲に細分化することもできます。 [3] [4]
発達
1968年、ジョルジュ・シャルパックは欧州原子核研究機構（CERN ）に在籍中に、マルチワイヤ比例計数箱（MWPC ）を発明し開発した。この発明により、シャルパックは1992年にノーベル物理学賞を受賞した。この計器は、1秒あたり1～2個の粒子しか検出できなかった従来のバブルチェンバーを、1秒あたり1000個の粒子検出にまで進歩させたものだった。MWPCは粒子検出から電子信号を生成し、科学者がコンピュータでデータを分析できるようにした。[5] [6] [7]マルチワイヤ計数箱はスパークチェンバーの発展型である。[8]
ガスを充填する
典型的な実験では、チャンバー内に以下のガスの混合物が含まれる：[2]
チャンバーには以下の物質を充填することもできます。
- 液体キセノン; [9]
- 液体テトラメチルシラン; [10]または
- テトラキス（ジメチルアミノ）エチレン（TMAE）蒸気。[11]
使用
高エネルギー物理学の実験では、粒子の進路を観察するために使用されます。長い間、この目的にはバブルチャンバーが使用されていましたが、電子機器の改良に伴い、高速電子読み出し機能を備えた検出器が望まれるようになりました。(バブルチャンバーでは、写真の露出が行われ、その結果として印刷された写真が検査されました。) ワイヤーチャンバーは、多数の平行ワイヤーがグリッド状に配置され、高電圧がかけられたチャンバーで、金属ケースは接地電位になっています。ガイガーカウンターと同様に、粒子はイオンと電子の痕跡を残し、それぞれケースまたは最も近いワイヤーに向かって漂います。電流パルスが流れたワイヤーに印を付けることで、粒子の進路を見ることができます。
このチャンバーは相対時間分解能、位置精度、自己トリガー動作に非常に優れている（Ferbel 1977）。[12]
このチャンバーの開発により、科学者は粒子の軌道をはるかに高い精度で研究できるようになり、また、粒子の相互作用によって起こるより稀な相互作用を初めて観察し、研究することも可能になりました。
ドリフトチャンバー
ワイヤの電流パルスのタイミングを正確に測定し、イオンが最も近いワイヤまで移動するのにはある程度の時間が必要であることを考慮すると、粒子がワイヤを通過した距離を推測することができます。これにより、経路再構築の精度が大幅に向上し、ドリフトチャンバーとして知られています。
ドリフトチャンバーは、ガス粒子との衝突によって粒子から生じるエネルギー損失と、粒子加速を引き起こすために使用される高エネルギー電界によって生成されるエネルギーの蓄積とのバランスをとることによって機能します。[13]設計はマルチワイヤ比例チャンバーに似ていますが、中央層のワイヤ間の距離が大きくなっています。[8]チャンバー内の荷電粒子の検出は、荷電粒子の動きによるガス粒子のイオン化によって可能になります。[14]
フェルミ国立加速器研究所の検出器CDF IIには、中央外部トラッカーと呼ばれるドリフトチャンバーが含まれています。[15]チャンバーにはアルゴンとエタンのガスが封入されており、3.56ミリメートルの隙間で区切られたワイヤーが配線されています。[16]
2 つのドリフト チャンバーを使用し、一方のワイヤーがもう一方のワイヤーに直交し、両方ともビーム方向に直交するようにすると、より正確な位置検出が可能になります。追加の単純な検出器 (ベト カウンターで使用されるものなど) を使用して、位置分解能が低いかゼロの状態でワイヤーの前後の固定距離にある粒子を検出すると、3 次元再構成が行われ、検出器のさまざまな部分における粒子の通過時間の差から粒子の速度を推定できます。この設定により、時間投影チャンバー( TPC ) と呼ばれる検出器が得られます。
ガス中の電子の速度 (ドリフト速度) を測定するために、既知のイオン化位置のドリフト時間を測定する 特殊なドリフト チャンバー、速度ドリフト チャンバーがあります。
-
ドリフトチャンバーの内部を示す断面図 -
パリの芸術メティエ美術館のドリフト室
参照
参考文献
- ^ F. Sauli (1977) - マルチワイヤ比例ドリフトチャンバーの動作原理 2012-02-25 取得
- ^ ab W.Frass. 物理学 - C4: 粒子物理学専攻オプション - 粒子検出器。オックスフォード大学。p. 11。2012年2月25日閲覧。CN ブース博士 PHY304 素粒子物理学 シェフィールド大学 2014-03-13 アーカイブウェイバックマシンで見つかりました
- ^ I. Kisel - [1] [リンク切れ ] 2012年2月28日閲覧
- ^ マンチェスター大学 - HEP - 101 [リンク切れ ] 2012年2月28日閲覧
- ^ Computers in Physics、1992年9月/10月 - 外国人学生のためのポーランド語学校 - ポズナンのアダム・ミツキェヴィチ大学 - 欧州原子核研究機構 2012年2月14日にWayback Machineでアーカイブ2012年2月25日に取得
- ^ H. Johnston - Physics world 2012-02-25閲覧
- ^ 「マイルストーン：CERN実験装置、1968年」。IEEEグローバル歴史ネットワーク。IEEE 。 2011年8月4日閲覧。- 米国エネルギー省研究開発成果 2012-02-23 取得
- ^ ab Physics. ギルフォード：サリー大学。2015年2月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年2月28日閲覧。
- ^ SEDerenzo - SLAC国立加速器研究所、スタンフォード大学（米国エネルギー省科学局）; Muller, Richard; Derenzo, Stephen; Smadja, Gerard; Smith, Dennis; Smits, Robert; Zaklad, Haim; Alvarez, Luis (1971). 「液体充填比例計数管」. Physical Review Letters . 27 (8): 532–535. Bibcode :1971PhRvL..27..532M. doi :10.1103/PhysRevLett.27.532. OSTI 942298. S2CID 54908183.
- ^ Degrange, B.; Guillon, J.; Moreau, F.; Nguyen-Khac, U.; De La Taille, C.; Tisserant, S.; Verderi, M. (1992). 「テトラメチルシランを充填したマルチワイヤチャンバーでの低エネルギー熱量測定」.核物理学研究セクション A における計測機器および方法. 311 (3): 539. Bibcode :1992NIMPA.311..539D. doi :10.1016/0168-9002(92)90652-K.
- ^ Schotanus P; Van Eijk CWE; Hollander RW; CWE Van Eijk (1988). 「感光性マルチワイヤチャンバーにおけるLaF 3 :Nd 3+シンチレーション光の検出」。核物理学研究セクションAにおける計測機器と方法。272 (3): 913–916。Bibcode :1988NIMPA.272..913S。doi : 10.1016/0168-9002(88)90780-2。; > G. Charpak 粒子画像検出器に関する研究 p.537 World Scientific, 1995 2012-02-28 取得
- ^ T. ファーベル。CERN レポート、1977 年、>
- ^ FE Close、M. Marten、C. Sutton (2004 年 11 月 11 日)。粒子オデッセイ: 問題の核心への旅。オックスフォード大学出版局。Bibcode : 2002pojh.book ..... C。ISBN 978-0-19-860943-8. 2012年2月12日閲覧。
- ^ W. Blum; W. Riegler; L. Rolandi (2008年10月4日). ドリフトチャンバーによる粒子検出. Springer. ISBN 9783540766841. 2012年2月28日閲覧。
- ^ Kotwal, Ashutosh V; Gerberich, Heather K; Hays, Christopher (2003). 「ドリフトチャンバーヒットタイミングを使用した宇宙線の識別」。核物理学研究セクションAにおける核計測および方法。506 (1–2): 110–118。Bibcode :2003NIMPA.506..110K。doi : 10.1016/S0168-9002(03)01371-8。
- ^ Fermilab - 用語集 - 写真 - JL Lee 2012-02-12 閲覧
外部リンク
- ハイデルベルクの電離箱研究に関する講義