径迹探测器课件

第八章第八章 径迹探测器径迹探测器 中国科学技术大学中国科学技术大学中国科学技术大学中国科学技术大学 近代物理系近代物理系近代物理系近代物理系高能物理实验室高能物理实验室高能物理实验室高能物理实验室汪晓莲汪晓莲汪晓莲汪晓莲2006年9月1中国科大 汪晓莲第八章 径迹探测器 中国科学技术大学 2006年9月1中8.1 核乳胶核乳胶8.2 固体径迹室固体径迹室8.3 气泡室气泡室8.4 脉冲径迹室脉冲径迹室第八章第八章 径迹探测器径迹探测器 2006年9月2中国科大 汪晓莲8.1 核乳胶第八章 径迹探测器 2006年9月2中电子学计数器电子学计数器 通过记录粒子产生的电信号，如计数、通过记录粒子产生的电信号，如计数、幅度、时间、空间位置、脉冲形状等。必幅度、时间、空间位置、脉冲形状等。必须与电子学线路和仪器配套使用的探测器。须与电子学线路和仪器配套使用的探测器。n n气体探测器：气体探测器：气体探测器：气体探测器：电离室、正比计数器、电离室、正比计数器、电离室、正比计数器、电离室、正比计数器、G-MG-M计数器计数器计数器计数器n n半导体探测器：半导体探测器：半导体探测器：半导体探测器：金硅面垒、金硅面垒、金硅面垒、金硅面垒、Si(Li)Si(Li)、Ge(Li)Ge(Li)、高纯锗、高纯锗、高纯锗、高纯锗等等等等n n闪烁计数器：闪烁计数器：闪烁计数器：闪烁计数器：NaI(Tl)NaI(Tl)、CsI(Tl)CsI(Tl)、ZnS(Ag)ZnS(Ag)、BGOBGO、PWOPWO、塑料闪烁体、液体闪烁体、塑料闪烁体、液体闪烁体、塑料闪烁体、液体闪烁体、塑料闪烁体、液体闪烁体n n契仑柯夫计数器：契仑柯夫计数器：契仑柯夫计数器：契仑柯夫计数器：阈式阈式阈式阈式C C计数器、微分式计数器、微分式计数器、微分式计数器、微分式C C计数器计数器计数器计数器RICHRICH等等等等n n气体丝室：气体丝室：气体丝室：气体丝室：多丝正比室、漂移室等多丝正比室、漂移室等多丝正比室、漂移室等多丝正比室、漂移室等2006年9月3中国科大 汪晓莲电子学计数器 通过记录粒子产生的电信号，如计数、幅径迹探测器径迹探测器 直接记录粒子走过的径迹来探测粒子或对直接记录粒子走过的径迹来探测粒子或对径迹拍照，再对照片进行分析处理的探测器。径迹拍照，再对照片进行分析处理的探测器。如：核乳胶、固体径迹室、云室、气泡室、火化如：核乳胶、固体径迹室、云室、气泡室、火化室、流光室等等。室、流光室等等。、0、K0、反、反P、0、0、反、反 0、反、反 等粒子的发现，等粒子的发现，有有11次是利用核乳胶，次是利用核乳胶，8次利用了云室，次利用了云室，5次利用次利用了气泡室，而只有了气泡室，而只有2次是利用电子学计数器。次是利用电子学计数器。2006年9月4中国科大 汪晓莲径迹探测器 直接记录粒子走过的径迹来探测粒子或8.1 核乳胶核乳胶一、工作原理和构成一、工作原理和构成1.1.组成：核乳胶由银盐颗粒和胶质组成。组成：核乳胶由银盐颗粒和胶质组成。组成：核乳胶由银盐颗粒和胶质组成。组成：核乳胶由银盐颗粒和胶质组成。溴化银溴化银溴化银溴化银AgBr AgBr 大部分大部分大部分大部分常用银盐常用银盐常用银盐常用银盐 碘化银碘化银碘化银碘化银AgI AgI 少量少量少量少量 银盐颗粒对带电粒子灵敏，而对光几乎不灵敏。银盐颗粒对带电粒子灵敏，而对光几乎不灵敏。银盐颗粒对带电粒子灵敏，而对光几乎不灵敏。银盐颗粒对带电粒子灵敏，而对光几乎不灵敏。胶质：骨胶和明胶胶质：骨胶和明胶胶质：骨胶和明胶胶质：骨胶和明胶2.2.工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：1 1）核乳胶记录带电粒子的首要条件：形成）核乳胶记录带电粒子的首要条件：形成）核乳胶记录带电粒子的首要条件：形成）核乳胶记录带电粒子的首要条件：形成“潜影潜影潜影潜影”带电粒子与带电粒子与带电粒子与带电粒子与AgBrAgBr晶粒作用，使晶粒作用，使晶粒作用，使晶粒作用，使AgBrAgBr分子分解成分子分解成分子分解成分子分解成Ag Ag 原子和原子和原子和原子和BrBr原子，在一定条件下，原子，在一定条件下，原子，在一定条件下，原子，在一定条件下，AgAg原子聚集成原子聚集成原子聚集成原子聚集成AgAg集团，形成可显影的集团，形成可显影的集团，形成可显影的集团，形成可显影的核心核心核心核心“潜影潜影潜影潜影”，经化学显影处理，潜影的晶粒还原成黑色的，经化学显影处理，潜影的晶粒还原成黑色的，经化学显影处理，潜影的晶粒还原成黑色的，经化学显影处理，潜影的晶粒还原成黑色的AgAg颗粒，把带电粒子的径迹显示出来。颗粒，把带电粒子的径迹显示出来。颗粒，把带电粒子的径迹显示出来。颗粒，把带电粒子的径迹显示出来。2006年9月5中国科大 汪晓莲8.1 核乳胶一、工作原理和构成1.组成：核乳胶2 2 2 2）电离测量的依据）电离测量的依据）电离测量的依据）电离测量的依据 形成潜影的几率与入射粒子的电离本领有关，电离形成潜影的几率与入射粒子的电离本领有关，电离形成潜影的几率与入射粒子的电离本领有关，电离形成潜影的几率与入射粒子的电离本领有关，电离本领大，形成潜影多，银颗粒密度大。在电荷一定时，本领大，形成潜影多，银颗粒密度大。在电荷一定时，本领大，形成潜影多，银颗粒密度大。在电荷一定时，本领大，形成潜影多，银颗粒密度大。在电荷一定时，颗粒密度与粒子速度有关。测量径迹的颗粒密度可知粒颗粒密度与粒子速度有关。测量径迹的颗粒密度可知粒颗粒密度与粒子速度有关。测量径迹的颗粒密度可知粒颗粒密度与粒子速度有关。测量径迹的颗粒密度可知粒子速度。子速度。子速度。子速度。3 3 3 3）测量径迹的射程和多次散射）测量径迹的射程和多次散射）测量径迹的射程和多次散射）测量径迹的射程和多次散射 射程射程射程射程 多次散射角多次散射角多次散射角多次散射角根据径迹的长短、弯曲和颗粒的稀密程度来鉴定和测量根据径迹的长短、弯曲和颗粒的稀密程度来鉴定和测量根据径迹的长短、弯曲和颗粒的稀密程度来鉴定和测量根据径迹的长短、弯曲和颗粒的稀密程度来鉴定和测量带电粒子的电荷、质量及动量。带电粒子的电荷、质量及动量。带电粒子的电荷、质量及动量。带电粒子的电荷、质量及动量。2006年9月6中国科大 汪晓莲2）电离测量的依据2006年9月6中国科大 汪晓莲二、核乳胶的特性二、核乳胶的特性1.1.乳胶中的乳胶中的乳胶中的乳胶中的AgBrAgBr浓度浓度浓度浓度C C：3.0-3.2g/cm3.0-3.2g/cm3 32.2.AgBrAgBr晶粒平均直径晶粒平均直径晶粒平均直径晶粒平均直径d d：0.1-0.40.1-0.4 mm3.3.AgBrAgBr晶粒对带电粒子的灵敏度晶粒对带电粒子的灵敏度晶粒对带电粒子的灵敏度晶粒对带电粒子的灵敏度P P：4.4.定义为带电粒子通过一个晶粒时，在该定义为带电粒子通过一个晶粒时，在该定义为带电粒子通过一个晶粒时，在该定义为带电粒子通过一个晶粒时，在该晶粒中产生潜影的几率。晶粒中产生潜影的几率。晶粒中产生潜影的几率。晶粒中产生潜影的几率。5.5.4.4.一根粒子径迹上平均晶粒密度：一根粒子径迹上平均晶粒密度：一根粒子径迹上平均晶粒密度：一根粒子径迹上平均晶粒密度：6.6.记录电离本领小的粒子选用晶粒较大的记录电离本领小的粒子选用晶粒较大的记录电离本领小的粒子选用晶粒较大的记录电离本领小的粒子选用晶粒较大的乳胶乳胶乳胶乳胶7.7.记录电离本领大的粒子选用晶粒较小的记录电离本领大的粒子选用晶粒较小的记录电离本领大的粒子选用晶粒较小的记录电离本领大的粒子选用晶粒较小的乳胶乳胶乳胶乳胶2006年9月7中国科大 汪晓莲二、核乳胶的特性乳胶中的AgBr浓度C：3.0-3.2g/c三、核乳胶的处理三、核乳胶的处理与普通乳胶相似，需要经过显影、定与普通乳胶相似，需要经过显影、定影、水洗、浸泡甘油、凉干、清洁等过程，影、水洗、浸泡甘油、凉干、清洁等过程，只是显影液、定影液的化学配方及所用时只是显影液、定影液的化学配方及所用时间长短有所不同。间长短有所不同。2006年9月8中国科大 汪晓莲三、核乳胶的处理与普通乳胶相似，需要经过显影、定影、水洗、浸四、核乳胶中径迹的测量四、核乳胶中径迹的测量1、工具：双目显微镜，、工具：双目显微镜，M1002000倍倍2、原理：、原理：n n由射程定粒子能量由射程定粒子能量对其他粒子对其他粒子C为修正系数，为修正系数，对不同乳胶其对不同乳胶其值不同值不同2006年9月9中国科大 汪晓莲四、核乳胶中径迹的测量1、工具：双目显微镜，M100203、径迹长度测量方法、径迹长度测量方法在显微镜下，只能测量径迹在物镜主焦面上的投影在显微镜下，只能测量径迹在物镜主焦面上的投影l和垂和垂直分量直分量h。h为什么会变短呢？因为核乳胶中为什么会变短呢？因为核乳胶中AgBr含量很含量很大，显影定影处理时，大量被溶解掉了。大，显影定影处理时，大量被溶解掉了。测量处理前后的乳胶厚度，就可得到收缩因子测量处理前后的乳胶厚度，就可得到收缩因子2006年9月10中国科大 汪晓莲3、径迹长度测量方法在显微镜下，只能测量径迹在物镜主焦面上的4、从电离鉴别粒子（一）、从电离鉴别粒子（一）n n实验上最长用的方法：测银颗粒密度，实验上最长用的方法：测银颗粒密度，即单位长度径迹上银颗粒数目。即单位长度径迹上银颗粒数目。n n粒子速度快，电离小，颗粒密度稀；粒子速度快，电离小，颗粒密度稀；n n粒子速度慢，电离大，颗粒三三两两挤粒子速度慢，电离大，颗粒三三两两挤成小团，形成成小团，形成“块块”；n n粒子速度更低，低能多电荷粒子，径迹粒子速度更低，低能多电荷粒子，径迹基本上是一条黑粗线，无法测量。基本上是一条黑粗线，无法测量。2006年9月11中国科大 汪晓莲4、从电离鉴别粒子（一）实验上最长用的方法：测银颗粒密度，即4、从电离鉴别粒子（二）、从电离鉴别粒子（二）n n用待测粒子用待测粒子用待测粒子用待测粒子X X的径迹与已知粒子的径迹与已知粒子的径迹与已知粒子的径迹与已知粒子A A的径迹相比较的径迹相比较的径迹相比较的径迹相比较寻找在同一乳胶片中径迹颗粒密度相同的地方：寻找在同一乳胶片中径迹颗粒密度相同的地方：寻找在同一乳胶片中径迹颗粒密度相同的地方：寻找在同一乳胶片中径迹颗粒密度相同的地方：n n如果两种粒子电荷相同，则如果两种粒子电荷相同，则如果两种粒子电荷相同，则如果两种粒子电荷相同，则 在颗粒密度相同的地方，即速度相同处，测量剩在颗粒密度相同的地方，即速度相同处，测量剩在颗粒密度相同的地方，即速度相同处，测量剩在颗粒密度相同的地方，即速度相同处，测量剩余射程，得到射程比，再得到质量比，继而得到余射程，得到射程比，再得到质量比，继而得到余射程，得到射程比，再得到质量比，继而得到余射程，得到射程比，再得到质量比，继而得到未知粒子质量未知粒子质量未知粒子质量未知粒子质量MMx x。2006年9月12中国科大 汪晓莲4、从电离鉴别粒子（二）用待测粒子X的径迹与已知粒子A的径迹5、从多次散射鉴别粒子、从多次散射鉴别粒子n n带电粒子通过核乳胶时，发生多次散射。多次带电粒子通过核乳胶时，发生多次散射。多次带电粒子通过核乳胶时，发生多次散射。多次带电粒子通过核乳胶时，发生多次散射。多次散射角的水平投影的绝对值平均：散射角的水平投影的绝对值平均：散射角的水平投影的绝对值平均：散射角的水平投影的绝对值平均：K K：散射系数：散射系数：散射系数：散射系数 已知入射粒子种类，即已知电荷数已知入射粒子种类，即已知电荷数已知入射粒子种类，即已知电荷数已知入射粒子种类，即已知电荷数z z；已知核；已知核；已知核；已知核乳胶厚度乳胶厚度乳胶厚度乳胶厚度t t，就可确定入射粒子能量。就可确定入射粒子能量。就可确定入射粒子能量。就可确定入射粒子能量。反之，已知入射粒子能量和乳胶厚度，可确定反之，已知入射粒子能量和乳胶厚度，可确定反之，已知入射粒子能量和乳胶厚度，可确定反之，已知入射粒子能量和乳胶厚度，可确定带电粒子的电荷。带电粒子的电荷。带电粒子的电荷。带电粒子的电荷。2006年9月13中国科大 汪晓莲5、从多次散射鉴别粒子带电粒子通过核乳胶时，发生多次散射。多6、从、从 电子密度确定入射粒子电荷电子密度确定入射粒子电荷n n在核乳胶的主径迹上的许多小分岔，这就是在核乳胶的主径迹上的许多小分岔，这就是在核乳胶的主径迹上的许多小分岔，这就是在核乳胶的主径迹上的许多小分岔，这就是 电电电电子的径迹。子的径迹。子的径迹。子的径迹。n n理论计算有：能量在理论计算有：能量在理论计算有：能量在理论计算有：能量在E E1 1和和和和 E E2 2之间的之间的之间的之间的 电子密度为电子密度为电子密度为电子密度为 z30 z1.51.5 mm。讲义讲义讲义讲义213213页图页图页图页图8 86 6给出了给出了给出了给出了n n 与与与与R R的标准曲线，测的标准曲线，测的标准曲线，测的标准曲线，测出粒子径迹某处的出粒子径迹某处的出粒子径迹某处的出粒子径迹某处的 电子密度电子密度电子密度电子密度n n 与与与与R R值，由曲线值，由曲线值，由曲线值，由曲线确定其电荷。确定其电荷。确定其电荷。确定其电荷。2006年9月14中国科大 汪晓莲6、从电子密度确定入射粒子电荷在核乳胶的主径迹上的许多小分8.2 固体径迹室固体径迹室一、发展历史：一、发展历史：n n五十年代末五十年代末五十年代末五十年代末D.A.YoungD.A.Young发现某些固体材料被辐射后经化学蚀发现某些固体材料被辐射后经化学蚀发现某些固体材料被辐射后经化学蚀发现某些固体材料被辐射后经化学蚀刻处理后可形成用光学显微镜观测的径迹。刻处理后可形成用光学显微镜观测的径迹。刻处理后可形成用光学显微镜观测的径迹。刻处理后可形成用光学显微镜观测的径迹。n nE.C.H.SilkE.C.H.Silk等用透射电子显微镜观测到云母片中的核聚变碎等用透射电子显微镜观测到云母片中的核聚变碎等用透射电子显微镜观测到云母片中的核聚变碎等用透射电子显微镜观测到云母片中的核聚变碎片的径迹。片的径迹。片的径迹。片的径迹。n n19621962年年年年P.B.PriceP.B.Price等改进化学蚀刻方法获得稳定不变的径迹。等改进化学蚀刻方法获得稳定不变的径迹。等改进化学蚀刻方法获得稳定不变的径迹。等改进化学蚀刻方法获得稳定不变的径迹。n n19631963年年年年R.L.FleischerR.L.Fleischer等提出玻璃和塑料等人工材料的蚀刻方等提出玻璃和塑料等人工材料的蚀刻方等提出玻璃和塑料等人工材料的蚀刻方等提出玻璃和塑料等人工材料的蚀刻方法，免除天然材料的本底影响。法，免除天然材料的本底影响。法，免除天然材料的本底影响。法，免除天然材料的本底影响。n n19671967年识别固体材料中的核径迹的技术日趋成熟。年识别固体材料中的核径迹的技术日趋成熟。年识别固体材料中的核径迹的技术日趋成熟。年识别固体材料中的核径迹的技术日趋成熟。n n19751975年年年年FleischerFleischer等人对固体径迹探测器作全面小结。等人对固体径迹探测器作全面小结。等人对固体径迹探测器作全面小结。等人对固体径迹探测器作全面小结。n n19771977年开始出版国际性专门学术刊物年开始出版国际性专门学术刊物年开始出版国际性专门学术刊物年开始出版国际性专门学术刊物“Nuclear Tracks”“Nuclear Tracks”。n n19651965年国内开始研究，至年国内开始研究，至年国内开始研究，至年国内开始研究，至19821982年共有年共有年共有年共有4040多家单位参加，出多家单位参加，出多家单位参加，出多家单位参加，出了大量研究成果。了大量研究成果。了大量研究成果。了大量研究成果。2006年9月15中国科大 汪晓莲8.2 固体径迹室一、发展历史：2006年9月15中国科二、使用材料：二、使用材料：一片透明的固体即各种绝缘材料。一片透明的固体即各种绝缘材料。一片透明的固体即各种绝缘材料。一片透明的固体即各种绝缘材料。n n结晶固体：结晶固体：结晶固体：结晶固体：云母、石英、云母、石英、云母、石英、云母、石英、AgClAgCl、LiFLiF等等等等n n非结晶固体：非结晶固体：非结晶固体：非结晶固体：各种玻璃各种玻璃各种玻璃各种玻璃n n聚合物：聚合物：聚合物：聚合物：硝酸纤维、醋酸纤维、聚酯、聚碳酸脂等硝酸纤维、醋酸纤维、聚酯、聚碳酸脂等硝酸纤维、醋酸纤维、聚酯、聚碳酸脂等硝酸纤维、醋酸纤维、聚酯、聚碳酸脂等n n要求：要求：要求：要求：材料结构均匀，无缺陷，表面无损伤。材料结构均匀，无缺陷，表面无损伤。材料结构均匀，无缺陷，表面无损伤。材料结构均匀，无缺陷，表面无损伤。为便于光学显微镜观测，通常制成透明的薄片。为便于光学显微镜观测，通常制成透明的薄片。为便于光学显微镜观测，通常制成透明的薄片。为便于光学显微镜观测，通常制成透明的薄片。2006年9月16中国科大 汪晓莲二、使用材料：一片透明的固体即各种绝缘材料。2006年9月1常用固体径迹室材料的性能常用固体径迹室材料的性能材料材料材料材料蚀刻条件蚀刻条件蚀刻条件蚀刻条件Z Z0 0 0 0云母云母云母云母石英石英石英石英普通玻璃普通玻璃普通玻璃普通玻璃磷酸盐玻璃磷酸盐玻璃磷酸盐玻璃磷酸盐玻璃聚酯聚酯聚酯聚酯(Mylar)(Mylar)聚碳酸脂聚碳酸脂聚碳酸脂聚碳酸脂硝酸纤维硝酸纤维硝酸纤维硝酸纤维醋酸纤维醋酸纤维醋酸纤维醋酸纤维4848HF,23HF,230 0C,3 C,3 40 40分分分分4848HF,23HF,230 0C,3C,30000分分分分4848HF,23HF,230 0C,3C,30000分分分分4848HF,23HF,230 0C,3C,30 0分分分分6N NaOH,706N NaOH,700 0C,1C,10 0分分分分6N NaOH,706N NaOH,700 0C,8C,8分分分分6N NaOH,236N NaOH,230 0C,2 C,2 4 4小时小时小时小时6N NaOH,706N NaOH,700 0C,1C,12 2分分分分1414161616161515 5 5 2 2 1 1 2 23 30 0414116160 02237370 021217 70 0663 30 029292 20 02424*Z*Z0 0：可探测粒子的最小电荷数；：可探测粒子的最小电荷数；0 0：探测热中子引起：探测热中子引起235235U U核裂片的平均临界角。核裂片的平均临界角。2006年9月17中国科大 汪晓莲常用固体径迹室材料的性能材料蚀刻条件Z00云母48HF,三、探测原理三、探测原理n n重带电粒子穿过固体材料时，其电离作用很强重带电粒子穿过固体材料时，其电离作用很强重带电粒子穿过固体材料时，其电离作用很强重带电粒子穿过固体材料时，其电离作用很强，沿其穿，沿其穿，沿其穿，沿其穿过路径造成原子尺度上的辐射损伤，造成位错原子和空过路径造成原子尺度上的辐射损伤，造成位错原子和空过路径造成原子尺度上的辐射损伤，造成位错原子和空过路径造成原子尺度上的辐射损伤，造成位错原子和空穴，或者使分子化学键被打断，形成分子碎块和自由基。穴，或者使分子化学键被打断，形成分子碎块和自由基。穴，或者使分子化学键被打断，形成分子碎块和自由基。穴，或者使分子化学键被打断，形成分子碎块和自由基。经适当处理，会形成可观测的径迹，这就是固体径迹探经适当处理，会形成可观测的径迹，这就是固体径迹探经适当处理，会形成可观测的径迹，这就是固体径迹探经适当处理，会形成可观测的径迹，这就是固体径迹探测器的基本原理。测器的基本原理。测器的基本原理。测器的基本原理。n n原子序数为原子序数为原子序数为原子序数为Z Z的快速粒子穿过固体时其轨道电子被剥离成的快速粒子穿过固体时其轨道电子被剥离成的快速粒子穿过固体时其轨道电子被剥离成的快速粒子穿过固体时其轨道电子被剥离成为有效电荷为为有效电荷为为有效电荷为为有效电荷为Z*Z*的离子，有经验公式的离子，有经验公式的离子，有经验公式的离子，有经验公式n n高速离子与固体原子发生库仑相互作用，使之激发或电高速离子与固体原子发生库仑相互作用，使之激发或电高速离子与固体原子发生库仑相互作用，使之激发或电高速离子与固体原子发生库仑相互作用，使之激发或电离，且均发生在靠近粒子穿过路径附近，造成辐射损伤。离，且均发生在靠近粒子穿过路径附近，造成辐射损伤。离，且均发生在靠近粒子穿过路径附近，造成辐射损伤。离，且均发生在靠近粒子穿过路径附近，造成辐射损伤。2006年9月18中国科大 汪晓莲三、探测原理重带电粒子穿过固体材料时，其电离作用很强，沿其穿四、四、化学蚀刻化学蚀刻n n用强酸（用强酸（用强酸（用强酸（HFHF、HH2 2SOSO4 4、HH3 3POPO4 4等）或强碱（等）或强碱（等）或强碱（等）或强碱（NaOHNaOH、KOHKOH等）进行蚀刻，使辐射损伤区由几十埃扩大几千埃，等）进行蚀刻，使辐射损伤区由几十埃扩大几千埃，等）进行蚀刻，使辐射损伤区由几十埃扩大几千埃，等）进行蚀刻，使辐射损伤区由几十埃扩大几千埃，形成蚀坑或孔洞形成蚀坑或孔洞形成蚀坑或孔洞形成蚀坑或孔洞。n n用显微镜用显微镜用显微镜用显微镜观测孔洞的数目观测孔洞的数目观测孔洞的数目观测孔洞的数目可确定粒子强度和通量。可确定粒子强度和通量。可确定粒子强度和通量。可确定粒子强度和通量。n n把许多固体径迹探测器摞成一叠，沿粒子穿过的路径有把许多固体径迹探测器摞成一叠，沿粒子穿过的路径有把许多固体径迹探测器摞成一叠，沿粒子穿过的路径有把许多固体径迹探测器摞成一叠，沿粒子穿过的路径有一连串孔洞，即一连串孔洞，即一连串孔洞，即一连串孔洞，即粒子径迹粒子径迹粒子径迹粒子径迹。n n测量孔洞的参数，可鉴别粒子。测量孔洞的参数，可鉴别粒子。测量孔洞的参数，可鉴别粒子。测量孔洞的参数，可鉴别粒子。n n径迹孔洞的形状：径迹孔洞的形状：径迹孔洞的形状：径迹孔洞的形状：在云母中：菱形和圆柱形在云母中：菱形和圆柱形在云母中：菱形和圆柱形在云母中：菱形和圆柱形 在玻璃中：圆形在玻璃中：圆形在玻璃中：圆形在玻璃中：圆形 在聚碳酸脂中：长形在聚碳酸脂中：长形在聚碳酸脂中：长形在聚碳酸脂中：长形2006年9月19中国科大 汪晓莲四、化学蚀刻用强酸（HF、H2SO4、H3PO4等）或强五、径迹特性和测量五、径迹特性和测量1.1.阈特性阈特性阈特性阈特性 实验发现辐射损伤密度实验发现辐射损伤密度实验发现辐射损伤密度实验发现辐射损伤密度J J大于某一数值大于某一数值大于某一数值大于某一数值J J0 0时，粒子径迹时，粒子径迹时，粒子径迹时，粒子径迹才能被蚀刻可见。阈值才能被蚀刻可见。阈值才能被蚀刻可见。阈值才能被蚀刻可见。阈值J J0 0只与材料的性质有关，而与入射只与材料的性质有关，而与入射只与材料的性质有关，而与入射只与材料的性质有关，而与入射粒子的种类无关。粒子的种类无关。粒子的种类无关。粒子的种类无关。利用阈特性可选择粒子，可确定粒子电荷数的下限利用阈特性可选择粒子，可确定粒子电荷数的下限利用阈特性可选择粒子，可确定粒子电荷数的下限利用阈特性可选择粒子，可确定粒子电荷数的下限Z Z0 02.2.最大可蚀刻长度最大可蚀刻长度最大可蚀刻长度最大可蚀刻长度L Lmaxmax 辐射损伤密度大于阈值的径迹长度。不同粒子在同一辐射损伤密度大于阈值的径迹长度。不同粒子在同一辐射损伤密度大于阈值的径迹长度。不同粒子在同一辐射损伤密度大于阈值的径迹长度。不同粒子在同一种材料中，由于可蚀刻出径迹的速度范围不同，电离损失种材料中，由于可蚀刻出径迹的速度范围不同，电离损失种材料中，由于可蚀刻出径迹的速度范围不同，电离损失种材料中，由于可蚀刻出径迹的速度范围不同，电离损失不同，不同，不同，不同，L Lmaxmax也不同。也不同。也不同。也不同。L Lmaxmax与粒子电荷一一对应，测量与粒子电荷一一对应，测量与粒子电荷一一对应，测量与粒子电荷一一对应，测量L Lmaxmax，可确定粒子的，可确定粒子的，可确定粒子的，可确定粒子的Z Z0 0 。2006年9月20中国科大 汪晓莲五、径迹特性和测量1.阈特性2006年9月20中国科大 辐射损伤密度与各种粒子的速度及能量的关系辐射损伤密度与各种粒子的速度及能量的关系云母中孔洞形状云母中孔洞形状云母中孔洞形状云母中孔洞形状2006年9月21中国科大 汪晓莲辐射损伤密度与各种粒子的速度及能量的关系云母中孔洞形状2003.临界角临界角 cn n决定入射粒子径迹能否蚀刻出来的因素之一。决定入射粒子径迹能否蚀刻出来的因素之一。决定入射粒子径迹能否蚀刻出来的因素之一。决定入射粒子径迹能否蚀刻出来的因素之一。n n要求入射粒子与探测器表面的夹角要求入射粒子与探测器表面的夹角要求入射粒子与探测器表面的夹角要求入射粒子与探测器表面的夹角 c cn n两个作用过程：两个作用过程：两个作用过程：两个作用过程：沿辐射损伤方向沿辐射损伤方向沿辐射损伤方向沿辐射损伤方向,蚀刻速度蚀刻速度蚀刻速度蚀刻速度V Vt t 沿垂直探测器表面方向沿垂直探测器表面方向沿垂直探测器表面方向沿垂直探测器表面方向,蚀刻速度蚀刻速度蚀刻速度蚀刻速度V Vs sVt2006年9月22中国科大 汪晓莲3.临界角c决定入射粒子径迹能否蚀刻出来的因素之一。Vt4.蚀刻率和剩余射程蚀刻率和剩余射程n n蚀刻率：蚀刻率：蚀刻率：蚀刻率：沿径迹方向的蚀刻速度沿径迹方向的蚀刻速度沿径迹方向的蚀刻速度沿径迹方向的蚀刻速度V Vt t，依赖于材料和蚀刻剂，依赖于材料和蚀刻剂，依赖于材料和蚀刻剂，依赖于材料和蚀刻剂，与辐射损伤密度与辐射损伤密度与辐射损伤密度与辐射损伤密度J J有关。有关。有关。有关。n n只测径迹上一点的蚀刻率，定不出粒子的电荷，因为辐射损只测径迹上一点的蚀刻率，定不出粒子的电荷，因为辐射损只测径迹上一点的蚀刻率，定不出粒子的电荷，因为辐射损只测径迹上一点的蚀刻率，定不出粒子的电荷，因为辐射损伤密度等于某一值有很多曲线，该径迹属于哪一条曲线不能伤密度等于某一值有很多曲线，该径迹属于哪一条曲线不能伤密度等于某一值有很多曲线，该径迹属于哪一条曲线不能伤密度等于某一值有很多曲线，该径迹属于哪一条曲线不能确定。至少测量两个点，求出两点的辐射损伤密度和两点之确定。至少测量两个点，求出两点的辐射损伤密度和两点之确定。至少测量两个点，求出两点的辐射损伤密度和两点之确定。至少测量两个点，求出两点的辐射损伤密度和两点之间距离，通过射程和能量的关系可以确定该径迹属于哪条曲间距离，通过射程和能量的关系可以确定该径迹属于哪条曲间距离，通过射程和能量的关系可以确定该径迹属于哪条曲间距离，通过射程和能量的关系可以确定该径迹属于哪条曲线，从而确定粒子电荷数线，从而确定粒子电荷数线，从而确定粒子电荷数线，从而确定粒子电荷数Z Z，再从阈曲线求出粒子速度和能量。，再从阈曲线求出粒子速度和能量。，再从阈曲线求出粒子速度和能量。，再从阈曲线求出粒子速度和能量。n n在实验里，如果粒子停在探测器中，测量径迹上任何一点的在实验里，如果粒子停在探测器中，测量径迹上任何一点的在实验里，如果粒子停在探测器中，测量径迹上任何一点的在实验里，如果粒子停在探测器中，测量径迹上任何一点的V Vt t和相应的和相应的和相应的和相应的剩余射程剩余射程剩余射程剩余射程R R，就可确定粒子的电荷和能量。，就可确定粒子的电荷和能量。，就可确定粒子的电荷和能量。，就可确定粒子的电荷和能量。n n电荷数和速度相同质量不同的粒子，他们的辐射损伤密度是电荷数和速度相同质量不同的粒子，他们的辐射损伤密度是电荷数和速度相同质量不同的粒子，他们的辐射损伤密度是电荷数和速度相同质量不同的粒子，他们的辐射损伤密度是相同的，但剩余射程不同。质量越大的粒子的剩余射程越长。相同的，但剩余射程不同。质量越大的粒子的剩余射程越长。相同的，但剩余射程不同。质量越大的粒子的剩余射程越长。相同的，但剩余射程不同。质量越大的粒子的剩余射程越长。所以通过测量径迹的蚀刻率相同位置的剩余射程，可分辨具所以通过测量径迹的蚀刻率相同位置的剩余射程，可分辨具所以通过测量径迹的蚀刻率相同位置的剩余射程，可分辨具所以通过测量径迹的蚀刻率相同位置的剩余射程，可分辨具有相同电荷数但质量不同的同位素。有相同电荷数但质量不同的同位素。有相同电荷数但质量不同的同位素。有相同电荷数但质量不同的同位素。2006年9月23中国科大 汪晓莲4.蚀刻率和剩余射程蚀刻率：沿径迹方向的蚀刻速度Vt，依赖5、探测效率、探测效率n n包括固体探测器被辐照时对核径迹的记录效率和化学包括固体探测器被辐照时对核径迹的记录效率和化学包括固体探测器被辐照时对核径迹的记录效率和化学包括固体探测器被辐照时对核径迹的记录效率和化学蚀刻处理中显示径迹的效率蚀刻效率。蚀刻处理中显示径迹的效率蚀刻效率。蚀刻处理中显示径迹的效率蚀刻效率。蚀刻处理中显示径迹的效率蚀刻效率。n n记录效率记录效率记录效率记录效率n n蚀刻效率蚀刻效率蚀刻效率蚀刻效率2006年9月24中国科大 汪晓莲5、探测效率包括固体探测器被辐照时对核径迹的记录效率和化学蚀小结小结固体径迹探测器固体径迹探测器固体径迹探测器固体径迹探测器核乳胶核乳胶核乳胶核乳胶对轻粒子不灵敏对轻粒子不灵敏对轻粒子不灵敏对轻粒子不灵敏对轻粒子灵敏对轻粒子灵敏对轻粒子灵敏对轻粒子灵敏对重粒子电荷分辨高对重粒子电荷分辨高对重粒子电荷分辨高对重粒子电荷分辨高对重粒子电荷分辨低对重粒子电荷分辨低对重粒子电荷分辨低对重粒子电荷分辨低径迹可长期保存径迹可长期保存径迹可长期保存径迹可长期保存径迹可保存几个月径迹可保存几个月径迹可保存几个月径迹可保存几个月不用暗室就可蚀刻不用暗室就可蚀刻不用暗室就可蚀刻不用暗室就可蚀刻在暗室中处理在暗室中处理在暗室中处理在暗室中处理阈特性阈特性阈特性阈特性JJJJ0 0入射角入射角入射角入射角 0 0 才能形成可蚀刻径迹才能形成可蚀刻径迹才能形成可蚀刻径迹才能形成可蚀刻径迹一根粒子径迹上的平均颗粒密度一根粒子径迹上的平均颗粒密度一根粒子径迹上的平均颗粒密度一根粒子径迹上的平均颗粒密度 主要测量核裂片、重离子、宇宙线、主要测量核裂片、重离子、宇宙线、主要测量核裂片、重离子、宇宙线、主要测量核裂片、重离子、宇宙线、粒子、中子等等，粒子、中子等等，粒子、中子等等，粒子、中子等等，主主主主要用于裂变物理中，研究核反应和核裂变的截面、通量、能要用于裂变物理中，研究核反应和核裂变的截面、通量、能要用于裂变物理中，研究核反应和核裂变的截面、通量、能要用于裂变物理中，研究核反应和核裂变的截面、通量、能谱、半衰期、角分布、新粒子新成分的寻找核测量等等。谱、半衰期、角分布、新粒子新成分的寻找核测量等等。谱、半衰期、角分布、新粒子新成分的寻找核测量等等。谱、半衰期、角分布、新粒子新成分的寻找核测量等等。2006年9月25中国科大 汪晓莲小结固体径迹探测器核乳胶对轻粒子不灵敏对轻粒子灵敏对重粒子电应用应用学科学科学科学科应用举例应用举例应用举例应用举例化学化学化学化学各种样品中各种样品中各种样品中各种样品中U,Th,Pu,Li,B,N,O U,Th,Pu,Li,B,N,O 元素的含量和分布测定元素的含量和分布测定元素的含量和分布测定元素的含量和分布测定核物理核物理核物理核物理研究裂变、重离子核反应，测定复合核寿命研究裂变、重离子核反应，测定复合核寿命研究裂变、重离子核反应，测定复合核寿命研究裂变、重离子核反应，测定复合核寿命等离子体等离子体等离子体等离子体聚变诊断聚变诊断聚变诊断聚变诊断粒子物理粒子物理粒子物理粒子物理磁单极子的探索磁单极子的探索磁单极子的探索磁单极子的探索固体物理固体物理固体物理固体物理中子衍射，固体缺陷的识别，沟道效应和堵塞效应的研究中子衍射，固体缺陷的识别，沟道效应和堵塞效应的研究中子衍射，固体缺陷的识别，沟道效应和堵塞效应的研究中子衍射，固体缺陷的识别，沟道效应和堵塞效应的研究超流动性超流动性超流动性超流动性研究均匀微孔中超流体的流动研究均匀微孔中超流体的流动研究均匀微孔中超流体的流动研究均匀微孔中超流体的流动膜物理膜物理膜物理膜物理流体通过微孔的运动流体通过微孔的运动流体通过微孔的运动流体通过微孔的运动宇宙线物理宇宙线物理宇宙线物理宇宙线物理宇宙线重粒子的识别宇宙线重粒子的识别宇宙线重粒子的识别宇宙线重粒子的识别太阳物理太阳物理太阳物理太阳物理太阳风的研究，太阳耀斑粒子能谱的测定太阳风的研究，太阳耀斑粒子能谱的测定太阳风的研究，太阳耀斑粒子能谱的测定太阳风的研究，太阳耀斑粒子能谱的测定天体物理天体物理天体物理天体物理元素起源问题的研究元素起源问题的研究元素起源问题的研究元素起源问题的研究地球物理地球物理地球物理地球物理大西洋底扩展速度的测定，地层中氢的迁移与地震预报大西洋底扩展速度的测定，地层中氢的迁移与地震预报大西洋底扩展速度的测定，地层中氢的迁移与地震预报大西洋底扩展速度的测定，地层中氢的迁移与地震预报2006年9月26中国科大 汪晓莲应用学科应用举例2006年9月26中国科大 汪晓莲8.3 气泡室气泡室n n气泡室既是靶又是探测器，可拍摄极为清晰的粒子相互气泡室既是靶又是探测器，可拍摄极为清晰的粒子相互气泡室既是靶又是探测器，可拍摄极为清晰的粒子相互气泡室既是靶又是探测器，可拍摄极为清晰的粒子相互作用顶点的立体照片，具有作用顶点清晰，空间分辨本作用顶点的立体照片，具有作用顶点清晰，空间分辨本作用顶点的立体照片，具有作用顶点清晰，空间分辨本作用顶点的立体照片，具有作用顶点清晰，空间分辨本领高，可以选择工作液体等优点，是高能加速器实验常领高，可以选择工作液体等优点，是高能加速器实验常领高，可以选择工作液体等优点，是高能加速器实验常领高，可以选择工作液体等优点，是高能加速器实验常常使用的径迹探测器之一。常使用的径迹探测器之一。常使用的径迹探测器之一。常使用的径迹探测器之一。n n在强相互作用方面，在强相互作用方面，在强相互作用方面，在强相互作用方面，1958195819651965期间，发现期间，发现期间，发现期间，发现2828种共振态，种共振态，种共振态，种共振态，其中大多数是用气泡室发现的。如：其中大多数是用气泡室发现的。如：其中大多数是用气泡室发现的。如：其中大多数是用气泡室发现的。如：1959 1959年，王淦昌先年，王淦昌先年，王淦昌先年，王淦昌先生领导的小组用生领导的小组用生领导的小组用生领导的小组用2424升丙烷泡室发现升丙烷泡室发现升丙烷泡室发现升丙烷泡室发现 超子；超子；超子；超子；19601960年美国年美国年美国年美国用用用用1515英寸英寸英寸英寸HH气泡室气泡室气泡室气泡室发现发现发现发现 （13851385）；）；）；）；19611961年用年用年用年用7272英寸英寸英寸英寸HH气气气气泡室泡室泡室泡室发现发现发现发现 介子。介子。介子。介子。n n在弱相互作用方面主要研究奇异粒子的衰变性质。如在弱相互作用方面主要研究奇异粒子的衰变性质。如在弱相互作用方面主要研究奇异粒子的衰变性质。如在弱相互作用方面主要研究奇异粒子的衰变性质。如 超子的衰变，中微子的研究等等。超子的衰变，中微子的研究等等。超子的衰变，中微子的研究等等。超子的衰变，中微子的研究等等。n n电磁相互作用的研究。电磁相互作用的研究。电磁相互作用的研究。电磁相互作用的研究。2006年9月27中国科大 汪晓莲8.3 气泡室气泡室既是靶又是探测器，可拍摄极为清晰的粒气泡室气泡室 Bubble Chamber D.Glaser(1960 Nobel Prize).D.Glaser(1960 Nobel Prize).1968,Alvarez won Nobel for using H 1968,Alvarez won Nobel for using H2 2 bubble chamber discover bubble chamber discover resonanses.resonanses.2006年9月28中国科大 汪晓莲气泡室 Bubble Chamber D.Glas一、气泡室的工作原理一、气泡室的工作原理n n在容器内充以一定温度和压力的某种液体，使容器突在容器内充以一定温度和压力的某种液体，使容器突在容器内充以一定温度和压力的某种液体，使容器突在容器内充以一定温度和压力的某种液体，使容器突然膨胀，降低压力，液体就处于然膨胀，降低压力，液体就处于然膨胀，降低压力，液体就处于然膨胀，降低压力，液体就处于过热状态过热状态过热状态过热状态。如这时有。如这时有。如这时有。如这时有带电粒子穿过液体，在粒子经过的路径上，就会引起带电粒子穿过液体，在粒子经过的路径上，就会引起带电粒子穿过液体，在粒子经过的路径上，就会引起带电粒子穿过液体，在粒子经过的路径上，就会引起液体电离。邻近的离子汇聚到一起形成离子集团，成液体电离。邻近的离子汇聚到一起形成离子集团，成液体电离。邻近的离子汇聚到一起形成离子集团，成液体电离。邻近的离子汇聚到一起形成离子集团，成为为为为汽化中心汽化中心汽化中心汽化中心。围绕这些汽化中心逐渐形成一串。围绕这些汽化中心逐渐形成一串。围绕这些汽化中心逐渐形成一串。围绕这些汽化中心逐渐形成一串胚胎气胚胎气胚胎气胚胎气泡泡泡泡，在适当的过热条件下，胚胎气泡增长到肉眼可见，在适当的过热条件下，胚胎气泡增长到肉眼可见，在适当的过热条件下，胚胎气泡增长到肉眼可见，在适当的过热条件下，胚胎气泡增长到肉眼可见的大小，拍照记录。粒子径迹是由一串气泡组成，这的大小，拍照记录。粒子径迹是由一串气泡组成，这的大小，拍照记录。粒子径迹是由一串气泡组成，这的大小，拍照记录。粒子径迹是由一串气泡组成，这就是气泡室名称的由来。就是气泡室名称的由来。就是气泡室名称的由来。就是气泡室名称的由来。n n产生径迹的条件：产生径迹的条件：产生径迹的条件：产生径迹的条件：工作液体处于过热状态工作液体处于过热状态工作液体处于过热状态工作液体处于过热状态n n两个过程：两个过程：两个过程：两个过程：液体电离形成胚胎气泡液体电离形成胚胎气泡液体电离形成胚胎气泡液体电离形成胚胎气泡 胚胎气泡长大到肉眼可见胚胎气泡长大到肉眼可见胚胎气泡长大到肉眼可见胚胎气泡长大到肉眼可见2006年9月29中国科大 汪晓莲一、气泡室的工作原理在容器内充以一定温度和压力的某种液体，使二、气泡室工作过程二、气泡室工作过程n n使用使用使用使用绝热膨胀绝热膨胀绝热膨胀绝热膨胀法得到法得到法得到法得到过热液体过热液体过热液体过热液体n n将充了液体的气泡室加热或冷却（将充了液体的气泡室加热或冷却（将充了液体的气泡室加热或冷却（将充了液体的气泡室加热或冷却（HH泡室）到工作温度泡室）到工作温度泡室）到工作温度泡室）到工作温度T T0 0,T T0 0 T Tb b(液体沸点温度）。液体沸点温度）。液体沸点温度）。液体沸点温度）。n n推动活塞或橡皮膜压缩气体，使室内气相部分完全消失，推动活塞或橡皮膜压缩气体，使室内气相部分完全消失，推动活塞或橡皮膜压缩气体，使室内气相部分完全消失，推动活塞或橡皮膜压缩气体，使室内气相部分完全消失，液体压力为工作压力液体压力为工作压力液体压力为工作压力液体压力为工作压力P P0 0,P P0 0 PP (饱和蒸汽压力）。饱和蒸汽压力）。饱和蒸汽压力）。饱和蒸汽压力）。n n活塞突然膨胀，液体压力由活塞突然膨胀，液体压力由活塞突然膨胀，液体压力由活塞突然膨胀，液体压力由P P0 0降到降到降到降到P Pe e(膨胀压力）液体膨胀压力）液体膨胀压力）液体膨胀压力）液体达到过热状态。达到过热状态。达到过热状态。达到过热状态。P Pe e P P ,P,P -P-Pe e表示液体的表示液体的表示液体的表示液体的过热程度过热程度过热程度过热程度，称为过热度。称为过热度。称为过热度。称为过热度。n n带电粒子入射，液体原子电离带电粒子入射，液体原子电离带电粒子入射，液体原子电离带电粒子入射，液体原子电离离子团离子团离子团离子团汽化中心汽化中心汽化中心汽化中心胚胎气泡胚胎气泡胚胎气泡胚胎气泡气泡长大气泡长大气泡长大气泡长大长大到可见大小长大到可见大小长大到可见大小长大到可见大小闪闪闪闪光照相。光照相。光照相。光照相。n n卷过一张底片，活塞重新压缩液体到初始状态，准备下卷过一张底片，活塞重新压缩液体到初始状态，准备下卷过一张底片，活塞重新压缩液体到初始状态，准备下卷过一张底片，活塞重新压缩液体到初始状态，准备下一次循环。一次循环。一次循环。一次循环。2006年9月30中国科大 汪晓莲二、气泡室工作过程使用绝热膨胀法得到过热液体2006年9月3n n气泡在液体中平衡气泡在液体中平衡气泡在液体中平衡气泡在液体中平衡饱和蒸汽压力饱和蒸汽压力膨胀压力膨胀压力表面张力表面张力2006年9月31中国科大 汪晓莲气泡在液体中平衡饱和蒸汽压力膨胀压力表面张力2006年9月3三、气泡室的特性三、气泡室的特性1.1.灵敏度：灵敏度：灵敏度：灵敏度：当液体处于过热状态，带电粒子穿过并能形成径迹，当液体处于过热状态，带电粒子穿过并能形成径迹，当液体处于过热状态，带电粒子穿过并能形成径迹，当液体处于过热状态，带电粒子穿过并能形成径迹，则称该气泡室对该粒子是灵敏的。用单位长度上气泡的数则称该气泡室对该粒子是灵敏的。用单位长度上气泡的数则称该气泡室对该粒子是灵敏的。用单位长度上气泡的数则称该气泡室对该粒子是灵敏的。用单位长度上气泡的数目，即粒子径迹的电离密度来表示气泡室的灵敏度。目，即粒子径迹的电离密度来表示气泡室的灵敏度。目，即粒子径迹的电离密度来表示气泡室的灵敏度。目，即粒子径迹的电离密度来表示气泡室的灵敏度。灵敏度要求选取合适。太灵敏了，粒子没有通过就出灵敏度要求选取合适。太灵敏了，粒子没有通过就出灵敏度要求选取合适。太灵敏了，粒子没有通过就出灵敏度要求选取合适。太灵敏了，粒子没有通过就出现雾状本底，即寄生气泡；太不灵敏，粒子通过也形成不现雾状本底，即寄生气泡；太不灵敏，粒子通过也形成不现雾状本底，即寄生气泡；太不灵敏，粒子通过也形成不现雾状本底，即寄生气泡；太不灵敏，粒子通过也形成不了径迹。取决于液体的过热度。了径迹。取决于液体的过热度。了径迹。取决于液体的过热度。了径迹。取决于液体的过热度。2.2.灵敏时间灵敏时间灵敏时间灵敏时间t t：能使带电粒子形成径迹的时间。金属室为能使带电粒子形成径迹的时间。金属室为能使带电粒子形成径迹的时间。金属室为能使带电粒子形成径迹的时间。金属室为msms量级，玻量级，玻量级，玻量级，玻璃室为璃室为璃室为璃室为1 1分钟。除与室的清洁度、光洁度和液体的纯度有分钟。除与室的清洁度、光洁度和液体的纯度有分钟。除与室的清洁度、光洁度和液体的纯度有分钟。除与室的清洁度、光洁度和液体的纯度有关以外，还与工作温度和膨胀压力有关。适当选择关以外，还与工作温度和膨胀压力有关。适当选择关以外，还与工作温度和膨胀压力有关。适当选择关以外，还与工作温度和膨胀压力有关。适当选择T T0 0和和和和P Pe e，可以提供室的灵敏度。，可以提供室的灵敏度。，可以提供室的灵敏度。，可以提供室的灵敏度。2006年9月32中国科大 汪晓莲三、气泡室的特性1.灵敏度：2006年9月32中国科大 三、气泡室的特性三、气泡室的特性3.3.气泡成长时间气泡成长时间气泡成长时间气泡成长时间 ：一般在一般在一般在一般在0.5-4ms0.5-4ms之间，取决于气泡成长速度，即取决之间，取决于气泡成长速度，即取决之间，取决于气泡成长速度，即取决之间，取决于气泡成长速度，即取决于液体过热度。于液体过热度。于液体过热度。于液体过热度。由热传导理论求得：由热传导理论求得：由热传导理论求得：由热传导理论求得：=r r2 2，这里这里这里这里 是与过热度、热传导率、汽化热等有关的系数是与过热度、热传导率、汽化热等有关的系数是与过热度、热传导率、汽化热等有关的系数是与过热度、热传导率、汽化热等有关的系数 通常把气泡成长时间当作带电粒子进入气泡室形成通常把气泡成长时间当作带电粒子进入气泡室形成通常把气泡成长时间当作带电粒子进入气泡室形成通常把气泡成长时间当作带电粒子进入气泡室形成可见径迹，闪光拍照所需要的时间，即闪光延迟时间。可见径迹，闪光拍照所需要的时间，即闪光延迟时间。可见径迹，闪光拍照所需要的时间，即闪光延迟时间。可见径迹，闪光拍照所需要的时间，即闪光延迟时间。4.4.工作循环时间工作循环时间工作循环时间工作循环时间T T：几百几百几百几百ms-ms-几秒，快循环室几十几秒，快循环室几十几秒，快循环室几十几秒，快循环室几十msms。指气泡室从膨胀。指气泡室从膨胀。指气泡室从膨胀。指气泡室从膨胀开始到恢复至膨胀前状态所需要的时间。与膨胀速度、开始到恢复至膨胀前状态所需要的时间。与膨胀速度、开始到恢复至膨胀前状态所需要的时间。与膨胀速度、开始到恢复至膨胀前状态所需要的时间。与膨胀速度、充气速度、室的结构大小等因素有关。充气速度、室的结构大小等因素有关。充气速度、室的结构大小等因素有关。充气速度、室的结构大小等因素有关。2006年9月33中国科大 汪晓莲三、气泡室的特性3.气泡成长时间：2006年9月33中国四、气泡室工作条件的选择四、气泡室工作条件的选择1 1、工作温度、工作温度、工作温度、工作温度T T0 0：T Tb b T T0 0 TTc c T Tb b沸点温度，沸点温度，沸点温度，沸点温度，T Tc c：临界温度。：临界温度。：临界温度。：临界温度。n n实验表明温度接近实验表明温度接近实验表明温度接近实验表明温度接近T Tb b时很难实现时很难实现时很难实现时很难实现过热状态；而接近过热状态；而接近过热状态；而接近过热状态；而接近T Tc c时过热状态不稳时过热状态不稳时过热状态不稳时过热状态不稳定，很容易汽化，膨胀后产生大量雾定，很容易汽化，膨胀后产生大量雾定，很容易汽化，膨胀后产生大量雾定，很容易汽化，膨胀后产生大量雾状气泡。实际工作温度只能选择在灵状气泡。实际工作温度只能选择在灵状气泡。实际工作温度只能选择在灵状气泡。实际工作温度只能选择在灵敏区的平均部位。敏区的平均部位。敏区的平均部位。敏区的平均部位。n n活塞膨胀活塞膨胀活塞膨胀活塞膨胀P P0 0P Pe e，液体过热；液体过热；液体过热；液体过热；P Ps s=P=P -P Pe e 过热压力；过热压力；过热压力；过热压力；T Ts s=T=T0 0 T Te e 过热温度，表示液体的过热度。过热度越大，径过热温度，表示液体的过热度。过热度越大，径过热温度，表示液体的过热度。过热度越大，径过热温度，表示液体的过热度。过热度越大，径迹气泡密度越大，实际上压力必须降到超过曲线迹气泡密度越大，实际上压力必须降到超过曲线迹气泡密度越大，实际上压力必须降到超过曲线迹气泡密度越大，实际上压力必须降到超过曲线B B，才能使，才能使，才能使，才能使粒子穿过液体产生气泡。粒子穿过液体产生气泡。粒子穿过液体产生气泡。粒子穿过液体产生气泡。B B为临界过热曲线，在一定为临界过热曲线，在一定为临界过热曲线，在一定为临界过热曲线，在一定T T0 0下只下只下只下只有有有有P P -P Pe e 落在灵敏区内才能形成径迹。落在灵敏区内才能形成径迹。落在灵敏区内才能形成径迹。落在灵敏区内才能形成径迹。2006年9月34中国科大 汪晓莲四、气泡室工作条件的选择1、工作温度T0：Tb T0 四、气泡室工作条件的选择四、气泡室工作条件的选择2 2、工作压力、工作压力、工作压力、工作压力P P0 0：由工作循环时间由工作循环时间由工作循环时间由工作循环时间T T要求决定。要求决定。要求决定。要求决定。P P0 0大，大，大，大，T T小。小。小。小。P P0 0大，加快压缩过程，使径迹气泡、寄生气泡大，加快压缩过程，使径迹气泡、寄生气泡大，加快压缩过程，使径迹气泡、寄生气泡大，加快压缩过程，