Большая советсткая энциклопедия Люминесцентная камера

Люминесцентная камера

Люминесцентная камера, сцинтилляционная камера, прибор для наблюдения и регистрации траектории (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, которую можно регистрировать с помощью фотоэлектронных умножителей, а в некоторых случаях — ощущать хорошо адаптированным глазом (см. Сцинтилляция, Люминесценция, Спинтарископ).

Длительность свечения следа определяется свойствами люминофора и составляет обычно от 10^-4 до 10^-7 сек в неорганических и до 10^-9 сек в органических сцинтилляторах. С каждого см длины следа ионизирующей частицы даже в лучших сцинтилляторах испускается не более 10⁵—10⁷ 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 котором образуются следы ионизирующих частиц, и высокочувствительное электронно-оптическое 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 которой 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 электронно-оптического 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 другой 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 радиотехническими средствами. В некоторых Л. к. применяется волоконная оптика: свет распространяется от следа до фотокатода электронно-оптического преобразователя за счёт полного внутреннего отражения от стенок многочисленных тонких трубочек, наполненных жидким сцинтиллятором, или тонких нитей из сцинтиллирующей пластмассы 1, совокупность которых 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 a-частиц не превышает несколько 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 другими трековыми детекторами является высокое временное разрешение, ограниченное только величиной времени высвечивания сцинтиллятора, так как объектив и электронно-оптический преобразователь принципиально могут обеспечить временное разрешение ~10^-13—10^-14 сек. Для отбора представляющих интерес ядерных явлений запуск Л. к. производится от системы сцинтилляционных или других детекторов частиц, включенных 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 которых важно знать взаимное расположение траекторий отдельных частиц.

Быстрые нейтроны регистрируются обычно по протонам отдачи, возникающим при столкновении нейтронов с водородными атомами, входящими в состав сцинтиллятора, медленные нейтроны (тепловые) — по заряженным частицам, образующимся в результате ядерных реакций, возбуждаемых нейтронами. Л. к. чувствительна также и к электромагнитному излучению: рентгеновские и g-kванты 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 Смолкни 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 Ву Цзян-сюн, перевод с английского, М., 1963.

С. Д. Фанченко.