流光室

高能粒子径迹探测器

流光室是指在火花室基础上进一步发展起来的高能粒子径迹探测器。流光室一般由三个平板电极组成两个间隔而构成，中间极板接高压,两边极板接地,室内充以氖或氦。

原理

流光是气体放电的一种机制。入射粒子与气体原子发生电离碰撞，产生电子和正离子。在足够高的电场下，电子同气体原子作用形成级联倍增式碰撞，可使电子和正离子的数目按指数急剧增加，形成雪崩式放大（见电离室、正比计数器）。更高的外电场还可同时产生光子和光电离电子。这些电子和正离子在电场作用下反方向运动并形成偶极子集团。因为偶极子产生的内电场同外加电场方向相反，使偶极子集团内的总电场显著降低，致使电子和正离子复合放射出大量光子，光子的作用越加重要。另外，偶极子集团头部外面的电场非常强又产生新的雪崩偶极子集团。若干个集团连接在一起就形成了可见的流光。流光的直径一般为1毫米左右，长度为3毫米左右。若继续发展则可能形成贯穿阴阳极的火花放电。流光室和自猝灭流光管分别利用了限制高电场的持续时间和使用可吸收光子的猝灭气体两种方法，使形成的流光阶段得到限制而不致发展成火花放电。

流光室由三个电极隔成两个空间，间距为几厘米。中间电极接高电势，边上两个电极接地。两个空间内充工作气体（90%的氖加10%的氦，或用纯氖或纯氦）。当中间电极与两侧地电极之间加数十万伏的高电压脉冲（3—20纳秒）时，因所加的高压时间很短，发生的电离和雪崩只发展至流光阶段而不再继续发展成火花击穿。灵敏空间一般比较大，在空间内多个带电粒子的径迹周围所产生的明亮的流光点都可用快速拍照的方法一次记录下来，留待进一步分析。另外，可用闪烁计数器、望远镜等电子学探测器系统对事例进行挑选，从而对流光室高压脉冲进行选择触发。这样组成的流光室谱仪特别适用于测量高能重离子核反应产生的大量末态粒子的多径迹事例。20世纪70年代发展了高气压精密流光室，流光直径可小到150微米，另外还发展了全息充氢的流光室等。在获取图像手段方面发展了像增强器、电荷耦合器件以及全息照相等。

性能

由于流光并没有发展成火花击穿，所以消耗电场的能量很小，使电场改变甚微，所以能够以很高效率同时记录很多根径迹（可达 100根以上）。径迹形成的几率与径迹同电场方向之间的夹角无关，即流光室是各向同性的。但是，径迹的亮度并不各向同性，平行于电场的径迹的亮度大，垂直于电场的径迹的亮度小。一般流光的直径为1mm左右，长度为5mm左右。流光室还可以测定带电粒子径迹的电离度。

发展动向

由于用拍照的方法来记录事例，对物理实验的完成周期和质量都有很大的限制，已有人对多种无底片记录流光室事例的方法进行了研究。其中电荷耦合器件已经取得了很大的进展。电荷耦合器件对流光的灵敏度比目前最灵敏的底片还高，其空间分辨本领已达120微米。电荷耦合器件的输出可以与计算机作在线连接，能直接给出带电粒子的数据。全息流光室也已取得了进展。全息流光室除了可直接给出三维的记录之外，还可以提高空间分辨本领。因为用单色激光作为光源可在雪崩发展的初期进行照相，这样就改善了普通流光室要等待雪崩发展成流光才能照相所带来的使空间分辨本领变差的情况。普通流光室照相的景深较小，而全息流光室可以在很大的景深范围内有同样高的空间分辨率。充氢的流光室也已被研制出来。与氢泡室的不同在于氢流光室是能够触发控制的。它每秒可接受 106个或更多的束流粒子。因此它既可作为纯质子靶。又同时可以作为探测器。由于氢气的密度小，所以可以观测很低能的反冲，例如20MeV/с的反冲质子的径迹长达1cm（这么低能的反冲质子在泡室中是不能测量甚至是看不见的）由于低的密度，因而库仑散射及次级核散射小，所以径迹的可测量部分大，因而可使动量测量误差减小。全息氢流光室将是一个很有前途的探测器。它可在很大的束流能量范围（MeV—TeV）工作，可以利用较简单的各种不分离粒子束做出精度较高的工作。

应用

利用流光放电原理可制成自猝灭流光管。管单元的截面形状和尺度为1厘米左右的圆形或方形。管的中心是高压电极丝。中心丝一般是直径为50—100微米的铍－铜丝或镀金钨丝，接正高电压。管壁为阴极，通常接地。管壁常用金属材料制成。80年代初由意大利的E.亚罗齐发明的自猝灭塑料流光管（PST），用聚氯乙烯塑料梳状型材的内壁涂石墨作为阴极，梳状型材构成8（或更多）个管单元。用聚氯乙烯作管壁。自猝灭流光管的工作条件最基本的要求是：①中心丝和管壁之间的电场强度足够强，且丝直径也足够大，形成较宽的高场区，使气体放电过程能够发展到形成流光的阶段。②管内充有高比例的猝灭性气体，强烈吸收雪崩集团中放射出来的光子，从而把这个过程限制在流光的阶段。这称为自猝灭流光工作方式。工作气体一般要用较大比例的能大量吸收光子的多原子分子气体，如异丁烷、二氧化碳等。输出脉冲信号的引出方式根据应用的要求而定。从中心高压丝引出可在50欧姆电阻上得到高于70毫伏的快信号；在使用有电半透明性的石墨阴极的情况下，也可用安置在石墨阴极外侧的互相垂直的金属条引出感应正脉冲，其幅度可高于20毫伏，这样就同时得到了两维坐标信息。条宽及条间隙决定空间分辨率。这种粒子探测器有良好的时间分辨本领和坪特性（见正比计数器），探测效率高，输出信号大，易于读出二维信号。在加速器与对撞机的粒子物理实验以及粒子天体物理实验等领域的许多大型实验中已得到广泛应用。

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