火花室

利用气体火花放电的粒子探测器

火花室（spark chamber）是一种利用气体火花放电的粒子探测器，由日本人福井崇时和宫本重德发明。

仪器介绍

基本属性

主要应用：低端研究时使用的显示带电粒子运动轨迹的基本仪器。

简介

在充有标准气压左右的惰性气体加适量其他气体的容器里放置两组互相交替的平行薄金属板作为电极，片间留有窄小的空隙，一组接脉冲高压，一组接地。当带电粒子射入容器，电触发线路给出的符合信号把高压脉冲加到电极间，气体被带电粒子电离，电子雪崩式倍增形成导电通道，继而发展成火花击穿，组成粒子径迹，再用照相法录下火花。或者用微音器拾取火花声音到达的时间来进行定位。另有一种用摄像管代替照相的方法，可将火花径迹以电荷形式存贮在管子的光阴极上。

火花室是在研究火花计数器的基础上，新近发展起来的一种带电粒子径迹探侧器。由于它既兼有径迹室和斜数器的若干优点，又筒单易作，结构灵活，正逐渐成为高能物理实翰研究的重要工具之一。

其他信息

组成及工作原理

如图1所示，火花室由若干金属板组成，室内充有一个大气压的氦氖混合气体。当一个带电粒子入射后，沿粒子径迹的气体分子被电离。同时，粒子使计数器望远镜构成的触发系统动作，触发一个前沿陡峭的高压脉冲加到板上，使电子发生“雪崩”，造成高度电离的导电通道，产生火花放电，最后用照相法录下火花。

适用范围和注意事项

使用时，为了避免散射或相互作用，常用几十微米厚的铝箔做金属板。但对γ射线，则常用铅板，兼作转换体。γ射线在铅板中产生的电子对簇射可形成火花。

分类

在结构上，火花室可分为窄缝室和宽缝室两类。前者沿电场方向放电，后者则在较宽的范围内（约50°），沿粒子径迹放电。γ射线天文观测常用窄缝室。火花室根据数据显示方式不同，还有用微音器拾取火花声音到达时间进行定位的声室。有一种用摄像管代替照相的方法，将火花径迹以电荷形式存贮在管子的光阴极上。电荷量与光强有关，用电子枪发出的电子束对电荷分布进行扫描，便可得到径迹数据，记录在磁带上。这种方法的灵敏度和分辨率比照相法低。将火花室置于强磁场中可构成磁谱仪，根据径迹的偏转曲率，可测量带电粒子的动量和所带电荷的符号。

特点

作为高能粒子探测器，火花室有较好的空间分辨率，其定位精度稍低于气泡室。但是它可触发动作，事例选择能力强。在γ射线天文观测中，它能适应γ射线点源流强低、探测环境电子本底高的特点。火花室的探测面积可以做得很大，借以提高灵敏度，并对点源精确定位，大大提高仪器的信噪比，从而减小本底干扰。所以，在卫星或气球上的γ射线探测系统中，火花室常用来作为中心探测器。

优缺点

火花室兼备径迹探测器和闪烁计数器两者的优点，结构简单，使用安排灵活，空间分辨率为0.3～2毫米，分辨时间约1微秒。1959年火花室开始用于高能物理实验。

作为高能粒子探测器，火花室有较好的空间分辨率，其定位精度稍低于气泡室。但是它可触发动作，事例选择能力强。

与其他比较

现有的粒子探测器可分办两大类：

（1）径迹室。属于这一类的有云室、气泡室、乳胶、干燥室和火花室等。这类仪器的空间分辨率较高，用它们能看见或拍摄带电粒子所理过的具体路径，并且通过测量可以知道粒子的飞行方向、动量、速度、质量和电荷等。因而可用它们具体地研究基本粒子相互作用的单个过程。

（2）针数装置。属于这一类的有各种计数器及电离室等。这类装置的空间分辨率较低，不能象径迹室那样精确地确定粒子路径，而只能指示粒子是否通过了它的灵敏体积。但是，它们的分辨时间和恢复时间都较小。这类仪器不能用来进行每个单独过程的研究，而适用于研究数目比较大的统计过程（例如，研究作用截面等）。

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