RU2465620C1 - Drift chamber for operation in vacuum - Google Patents

Drift chamber for operation in vacuum Download PDF

Info

Publication number
RU2465620C1
RU2465620C1 RU2011113987/28A RU2011113987A RU2465620C1 RU 2465620 C1 RU2465620 C1 RU 2465620C1 RU 2011113987/28 A RU2011113987/28 A RU 2011113987/28A RU 2011113987 A RU2011113987 A RU 2011113987A RU 2465620 C1 RU2465620 C1 RU 2465620C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tubes
holes
chamber
polygon
diameter
Prior art date
Application number
RU2011113987/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леван Николаевич Глонти (RU)
Леван Николаевич Глонти
Владимир Димитриевич Кекелидзе (RU)
Владимир Димитриевич Кекелидзе
Юрий Константинович Потребеников (RU)
Юрий Константинович Потребеников
Original Assignee
Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Объединенный Институт Ядерных Исследований filed Critical Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority to RU2011113987/28A priority Critical patent/RU2465620C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2465620C1 publication Critical patent/RU2465620C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: base of the chamber used is a full ring with pairs of holes for drift tubes lying in a quasi-checkered order. Drift tubes, having tips with insulating inserts at the ends are tightly mounted in bushings which are in turn leak-tightly fitted in pairs of holes in the chamber with possibility of movement, and the tips for the tubes and insulators for supporting the anode wire have an external cross-section which is in form of a convex n-sided regular polygon.
EFFECT: high accuracy of restoring coordinates of charged particles passing through the chamber operating in a vacuum.
6 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к ионизационным многопроволочным координатным детекторам и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для регистрации ядерного излучения, в частности, для точного определения координат проходящих через камеру заряженных частиц, в вакуумной среде с малыми энергетическими потерями или при атмосферном давлении. Его можно использовать также в других отраслях науки, где требуется определение координат ионизирующего излучения, проходящего через камеру.The invention relates to ionization multiwire coordinate detectors and can be used in experimental nuclear physics to detect nuclear radiation, in particular, to accurately determine the coordinates of charged particles passing through the chamber in a vacuum medium with low energy loss or at atmospheric pressure. It can also be used in other branches of science, where the determination of the coordinates of ionizing radiation passing through the chamber is required.

За последние несколько десятков лет в экспериментальной ядерной физике широкое распространение получили проволочные дрейфовые камеры, основанные на принципе измерения времени прихода первых электронов на анод, появляющихся при прохождении через них заряженных частиц, и умноженных в сильном радиальном электрическом поле вблизи анода в виде тонкой проволоки. В частности, такие электроны образуются и в камерах, состоящих из тонкостенных дрейфовых трубок из металла или металлизированного изнутри изоляционного материала, имеющих в центре тонкую анодную проволоку под высоким потенциалом. Для получения точных координат частиц, проходящих через трубки, необходимо хорошее соответствие реальных механических параметров камеры ее расчетным геометрическим характеристикам - точность расположения концов трубок в камере, их прямолинейность, постоянство диаметра трубок по всей длине, точность расположения анода по оси трубок и др., а также высокое временное разрешение используемой электроники.Over the past few decades, in experimental nuclear physics, wire drift chambers have been widely used, based on the principle of measuring the time of arrival of the first electrons to the anode, which appear when charged particles pass through them, and multiplied in a strong radial electric field near the anode in the form of a thin wire. In particular, such electrons are also formed in chambers consisting of thin-walled drift tubes of metal or insulating material metallized from the inside, with a thin anode wire at high potential in the center. To obtain the exact coordinates of the particles passing through the tubes, it is necessary to match the real mechanical parameters of the chamber to its calculated geometric characteristics — the accuracy of the location of the ends of the tubes in the chamber, their straightness, the constancy of the diameter of the tubes along the entire length, the accuracy of the location of the anode along the axis of the tubes, etc., and also high temporal resolution of used electronics.

Уровень техникиState of the art

Известны и широко применяются в экспериментах дрейфовые камеры на основе тонкостенных трубок из металлизированного изнутри изоляционного материала и анодной проволоки, расположенной по их оси, с длиной трубок до 4000 мм, и содержащие координатные плоскости в количестве 2÷4 (X, Y, U, V), см. например [1-5].Drift chambers based on thin-walled tubes made of insulating material metallized from the inside and anode wire located along their axis with a tube length of up to 4000 mm and containing coordinate planes in an amount of 2 ÷ 4 (X, Y, U, V) are known and widely used in experiments. ), see for example [1-5].

Аналоги таких камер [6] и [7], близкие к данному изобретению, имеют в два ряда или более плотно расположенные друг к другу трубки для создания геометрической герметичности камеры и разрешения лево-правой неопределенности, возникающей при прохождении заряженной частицы в трубке справа или слева от анодной проволоки. В камере [6] трубки расположены двумя кругами между двух металлических дисков с отверстиями и склеены между собой, а камера из работы [7] представляет прямоугольную конструкцию, имеющую на сторонах отверстия для трубок. Но такая схема построения камер при их работе в вакууме, где требуется высокая вакуумная плотность каждой трубки, существенно усложняет проблему их герметизации и к тому же не позволяет оттягивать каждую трубку индивидуально для увеличения их прямолинейности. Это их недостаток.Analogs of such chambers [6] and [7], close to this invention, have two rows or more closely spaced tubes to create geometric tightness of the chamber and to resolve the left-right uncertainty that occurs when a charged particle passes through the tube to the right or left from the anode wire. In the chamber [6], the tubes are arranged in two circles between two metal disks with holes and are glued together, and the camera from [7] represents a rectangular structure with openings for the tubes on the sides. But such a scheme for constructing chambers when they are working in a vacuum, where a high vacuum density of each tube is required, significantly complicates the problem of sealing them and, moreover, does not allow each tube to be individually pulled to increase their straightness. This is their fault.

Наиболее близким к предлагаемой дрейфовой камере (прототип) является дрейфовая камера для работы в вакуумном объеме, описанная в работе [8], включающая конструкцию с узлами, расположенными на противоположных сторонах камеры и имеющими парные соосные сквозные цилиндрические отверстия. В них, с возможностью их соосного перемещения относительно друг друга, параллельно расположены по плоскости тонкостенные металлизированные изнутри, дрейфовые трубки из гибкого изоляционного материала, служащие в качестве катода, с анодной проволокой вдоль их оси, имеющие на обоих концах металлические наконечники с изоляционными вставками внутри, герметично закрепленные с одной стороны в концах трубок, а с другой - в парных отверстиях на камере и служащие для центрирования анодных проволок, их изоляции от катодов, герметизации трубок, находящихся снаружи в вакууме, а внутри при высоком давлении, подачи рабочего газа вовнутрь трубок, а также, нулевого потенциала, высоковольтного напряжения и вывода электрических сигналов.Closest to the proposed drift chamber (prototype) is a drift chamber for working in a vacuum volume, described in [8], which includes a design with nodes located on opposite sides of the chamber and having paired coaxial through cylindrical holes. In them, with the possibility of their coaxial movement relative to each other, thin-walled metallized inside, parallel to the plane drift tubes made of flexible insulating material serving as a cathode, with an anode wire along their axis, having metal lugs at both ends with insulating inserts inside hermetically fixed on one side at the ends of the tubes, and on the other hand, in the pair of holes on the chamber and used to center the anode wires, isolate them from the cathodes, seal the tubes, going outside in a vacuum, and inside at high pressure, supplying working gas inside the tubes, as well as zero potential, high voltage and output electrical signals.

Недостатком указанного устройства является то, что наконечники, вставляемые в концы трубок, используются без учета их разброса по диаметру, и тем самым они не позволяют максимально точно расположить в камере концы трубок, следовательно, и сами трубки. Это замечание справедливо и для расположения проволок, проходящих по центру этих трубок. К тому же, трубки в устройстве расположены в два ряда, вплотную друг к другу, что усложняет их герметизацию. Кроме того, эта конструкция имеет сложную систему для одновременного оттягивания всех трубок с целью улучшения их линейности с передачей механического движения в вакуум, а одновременное оттягивание всех трубок, из-за очевидного разброса начального натяжения, может привести к перетягиванию некоторых трубок больше допустимой, или часть трубок будет иметь недостаточное натяжение. К тому же, при необходимости измерения в эксперименте двух или более координат частиц, в устройстве невозможно разместить вторую или более координату. Для этого потребуется изготовление двух или больше практически независимых камер, что усложнит устройство и, одновременно, из-за большого расстояния между координатными плоскостями существенно увеличит параллакс, что непосредственно влияет на точность восстановления координат частиц в камере. Отметим также, что при замене трубки, вышедшей из строя в камере, будет необходимо высверливание вклеенных наконечников с трубками и вклеивание новых, что в уже собранной камере не просто осуществить.The disadvantage of this device is that the tips inserted into the ends of the tubes are used without taking into account their variation in diameter, and thus they do not allow the tube ends to be positioned as precisely as possible in the chamber, and therefore the tubes themselves. This remark is also true for the arrangement of wires passing through the center of these tubes. In addition, the tubes in the device are arranged in two rows, close to each other, which complicates their sealing. In addition, this design has a complex system for simultaneously pulling out all the tubes in order to improve their linearity with the transfer of mechanical motion to vacuum, while simultaneously pulling all the tubes, due to the obvious scatter in the initial tension, can lead to pulling some of the tubes more than acceptable, or part the tubes will have insufficient tension. In addition, if it is necessary to measure two or more particle coordinates in an experiment, it is impossible to place a second or more coordinate in the device. This will require the manufacture of two or more practically independent cameras, which will complicate the device and, at the same time, due to the large distance between the coordinate planes, will significantly increase the parallax, which directly affects the accuracy of restoring the coordinates of the particles in the camera. We also note that when replacing a tube that has failed in the chamber, it will be necessary to drill glued tips with tubes and gluing new ones, which is not easy to carry out in an already assembled chamber.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Изобретение решает задачу увеличения точности восстановления координат проходящих в камере частиц путем упрощения конструкции и увеличения ее жесткости, уменьшения мертвой зоны камеры и, одновременно, дает возможность расположить в одной камере две, три, четыре и более координатные плоскости, что уменьшает параллакс; а также позволяет упростить смену трубки, вышедшей из строя.The invention solves the problem of increasing the accuracy of restoring the coordinates of particles passing through the chamber by simplifying the design and increasing its rigidity, reducing the dead zone of the chamber and, at the same time, makes it possible to arrange two, three, four or more coordinate planes in one chamber, which reduces parallax; and also allows you to simplify the change of the tube that failed.

Техническая задача в предлагаемой камере решается выполнением конструктивного узла камеры в виде цельного кольца, а парные отверстия расположены в квазишахматном порядке на его боковой поверхности, параллельно его диаметру. Дрейфовые трубки, имеющие на обоих концах наконечники с вставками, своими концами снаружи герметично закреплены в дополнительных втулках, которые, со своей стороны, вакуумно-плотно установлены в парных отверстиях с возможностью перемещения и имеют внутренний диаметр, равный максимальному диаметру используемых трубок dмакс.=dср.+Δd, с учетом их разброса - dтp.=dcp.±Δd, где Δd - величина разброса диаметра трубок, кроме того, наконечники с вставками выполнены с наружным поперечным сечением в виде выпуклого правильного n-стороннего многоугольника, число сторон которого выводится из условия:The technical problem in the proposed chamber is solved by making the structural unit of the chamber in the form of a solid ring, and the pair of holes are located in a quasi-chessboard order on its side surface, parallel to its diameter. Drift tubes having tips at both ends with inserts are hermetically sealed on the outside in additional bushings, which, on the other hand, are vacuum-tightly mounted in pair holes with the possibility of movement and have an inner diameter equal to the maximum diameter of the tubes used dmax. = Dav . + Δd, taking into account their scatter - dtp. = Dcp. ± Δd, where Δd is the scatter of the diameter of the tubes, in addition, the tips with inserts are made with an external cross section in the form of a convex regular n-sided polygon, which is derived from the condition The number of the parties:

Δl=dмакс.(π-2nSin(π/n))=2Δd,Δl = dmax. (Π-2nSin (π / n)) = 2Δd,

где Δl - разность между длиной описанной окружности и периметром многоугольника, dмакс. - максимальный диаметр используемых трубок, n - число сторон многоугольника, a Δd - величина разброса диаметра трубок; с диаметром описанной окружности, равным d=dмакс.-2h-ε, где h - толщина стенок трубок, ε - величина допуска на точность; сами наконечники, с одного конца герметично закрепленные в трубках, а с другого конца свободные, вершины многоугольника всегда опираются на внутреннюю поверхность трубок, центруя их, и через них на внутреннюю поверхность втулок; при этом внутри каждой трубки, в пределах длины втулок, введены самоцентрующие изоляторы с отверстием в центре для анодной проволоки, также имеющие в поперечном сечении форму и размеры выпуклого правильного многоугольника и также удовлетворяющие условиямwhere Δl is the difference between the length of the circumscribed circle and the perimeter of the polygon, dmax. is the maximum diameter of the tubes used, n is the number of sides of the polygon, and Δd is the variation in the diameter of the tubes; with the diameter of the circumscribed circle equal to d = dmax.-2h-ε, where h is the tube wall thickness, ε is the accuracy tolerance; the tips themselves, sealed at one end in the tubes and free at the other end, the vertices of the polygon always rest on the inner surface of the tubes, centering them, and through them on the inner surface of the bushings; at the same time, within each tube, within the length of the bushings, self-centering insulators with a hole in the center for the anode wire are introduced, also having the shape and dimensions of a convex regular polygon in cross section and also satisfying the conditions

Δl=dмакс.(π-2nSin(π/n))=2Δd,Δl = dmax. (Π-2nSin (π / n)) = 2Δd,

где Δl - разность между длиной описанной окружности и периметром многоугольника, n - число сторон многоугольника, a Δd - величина разброса диаметра трубок.where Δl is the difference between the length of the circumscribed circle and the perimeter of the polygon, n is the number of sides of the polygon, and Δd is the spread in the diameter of the tubes.

Кроме того, все отверстия в кольце имеют два диаметра - внутренний, равный посадочному размеру втулок, и внешний, с большим диаметром, с вакуумным уплотнением, установленным в нем; при этом втулки, расположенные в отверстиях со стороны ввода трубок в камеру, имеют поясок для упора в это уплотнение, а на другом конце втулки имеют гладкую поверхность, с возможностью перемещения в отверстиях посредством оттягивания за конец, например, пружиной или гайкой, для каждой трубки отдельно. При этом посадочные размеры каждого отверстия, со стороны ввода трубок в камеру, больше на величину 0,05÷0,2 мм по сравнению с его парным отверстием и на такую же величину отличаются и посадочные размеры втулок на концах каждой трубки; все наконечники с вставкой с наружной стороны снабжены буртиком, которые упираются во внешний торец втулки; а при большой длине трубок самоцентрующие изоляторы установлены также вдоль их оси, через каждые 700÷1000 мм, с поддержками с внешней стороны трубок в этих местах.In addition, all the holes in the ring have two diameters - the inner one, equal to the fit size of the bushings, and the outer one, with a large diameter, with a vacuum seal installed in it; while the bushings located in the holes on the side of the tube entry into the chamber have a girdle for abutment in this seal, and on the other end of the sleeve they have a smooth surface, with the possibility of moving in the holes by pulling the end, for example, with a spring or nut, for each tube separately. In this case, the landing dimensions of each hole, from the side of the tube entry into the chamber, are 0.05 ÷ 0.2 mm larger than its paired hole and the landing dimensions of the bushings at the ends of each tube differ by the same amount; all tips with an insert on the outside are provided with a shoulder that abut against the outer end of the sleeve; and with a long tube length, self-centering insulators are also installed along their axis, every 700 ÷ 1000 mm, with supports on the outside of the tubes in these places.

В цельное кольцо дополнительно введены сдвинутые по его оси вторая, третья, четвертая и более координатные плоскости с соответствующими парными отверстиями и дрейфовыми трубками, также расположенными в квазишахматном порядке под углом к горизонту (или друг к другу) в пределах 0÷180°.The second, third, fourth and more coordinate planes shifted along its axis are additionally introduced into the whole ring with corresponding paired holes and drift tubes, also located in a quasi-chessboard order at an angle to the horizon (or to each other) within 0 ÷ 180 °.

Отличительными признаками изобретения являются:Distinctive features of the invention are:

- цельное кольцо, как основа камеры, которая в виду его жесткости, позволяет существенно упростить ее конструкцию. К тому же, при работе камеры в вакууме, атмосферное давление не искажает ее форму, в отличие от других форм камеры. Следовательно, меньше будут механические искажения как от атмосферного давления, так и от натяжения трубок, что существенно повлияет на точность расположения трубок;- an integral ring, as the base of the chamber, which, in view of its stiffness, can significantly simplify its design. Moreover, when the chamber is operated in a vacuum, atmospheric pressure does not distort its shape, unlike other forms of the chamber. Consequently, there will be less mechanical distortion both from atmospheric pressure and from the tension of the tubes, which will significantly affect the accuracy of the location of the tubes;

- квазишахматное расположение отверстий для трубок позволяет сделать камеру непрозрачной для налетающих частиц, практически не увеличивая их количество, и, тем самым, не увеличивая количество вещества по пучку. Такое расположение позволяет устранить щели, возникающие при раздельном расположении трубок, через которые частицы проходят не зарегистрированными. При известном максимальном угле падения частиц на плоскость камеры, который обычно определяется условиями эксперимента, можно последовательно сдвинуть трубки в камере в сторону ее центра с небольшим шагом, определяющимся этим углом (обычно не превышающим 5 градусов), и, таким образом, перекрыть все щели. Поскольку такое расположение трубок незначительно отличается от шахматного, его можно назвать квазишахматным;- the quasi-chessboard arrangement of the holes for the tubes allows the chamber to be opaque to the incident particles, practically not increasing their number, and thereby not increasing the amount of substance in the beam. This arrangement eliminates the gaps that occur when the tubes are separated, through which particles pass through unregistered ones. With the known maximum angle of incidence of particles on the plane of the chamber, which is usually determined by the experimental conditions, it is possible to sequentially move the tubes in the chamber toward its center with a small step determined by this angle (usually not exceeding 5 degrees), and thus block all the cracks. Since this arrangement of tubes is slightly different from staggered, it can be called quasi-chessboard;

- дрейфовые трубки имеют на обоих концах наконечники с сечением правильного многоугольника и снаружи своими концами герметично закреплены в дополнительных втулках, которые со своей стороны вакуумно-плотно установлены в парных отверстиях, с возможностью перемещения в них, каждой трубки отдельно, что позволяет оттягивать их индивидуально и тем самым выправлять их;- drift tubes have tips at both ends with a cross section of a regular polygon and outside their ends are hermetically fixed in additional bushings, which for their part are vacuum-tightly mounted in pair holes, with the possibility of moving each tube separately in them, which allows them to be individually pulled and thereby straighten them;

- внутренний диаметр втулок равен максимальному диаметру используемых трубок dмакс.=dcp.+Δd, с учетом их разброса - dтр.=dcp.±Δd, где Δd - величина разброса диаметра трубок;- the inner diameter of the bushings is equal to the maximum diameter of the tubes used dmax. = dcp. + Δd, taking into account their dispersion - dtr. = dcp. ± Δd, where Δd is the magnitude of the variation in the diameter of the tubes;

- наконечники с вставками выполнены с наружным поперечным сечением в виде выпуклого правильного n-стороннего многоугольника, число сторон которого выводится из условия:- tips with inserts are made with an external cross-section in the form of a convex regular n-sided polygon, the number of sides of which is derived from the condition:

Δl=dмакс.(π-2nSin(π/n))=2Δd,Δl = dmax. (Π-2nSin (π / n)) = 2Δd,

где Δl - разность между длиной описанной окружности и периметром многоугольника, dмакс. - максимальный диаметр используемых трубок, n - число сторон многоугольника, a Δd - величина разброса диаметра трубок;where Δl is the difference between the length of the circumscribed circle and the perimeter of the polygon, dmax. is the maximum diameter of the tubes used, n is the number of sides of the polygon, and Δd is the variation in the diameter of the tubes;

- наконечники с сечением многоугольника, с одного конца герметично закрепленные в трубках, а с другого конца свободные, вершины многоугольника всегда опираются на внутреннюю поверхность трубок, центруя их, и через них на внутреннюю поверхность втулок; при этом разность между максимальным диаметром трубок и периметром многоугольника позволяет наконечнику проникать в трубку и центровать ее относительно втулки в пределах ±Δd, тогда как наконечник круглой формы, при малом диаметре трубки, не сможет проникнуть в трубку или, имея меньший, чем у трубки диаметр, не сможет ее центровать;- lugs with a polygon cross-section, hermetically fixed at one end in the tubes, and loose at the other end, the vertices of the polygon always rest on the inner surface of the tubes, centering them, and through them on the inner surface of the bushings; the difference between the maximum diameter of the tubes and the perimeter of the polygon allows the tip to penetrate into the tube and center it relative to the sleeve within ± Δd, while the round tip, with a small diameter of the tube, cannot penetrate the tube or, having a diameter smaller than that of the tube , will not be able to center it;

- Самоцентрующие изоляторы с отверстием в центре для проволоки, также имеющие в поперечном сечении форму и размеры выпуклого правильного многоугольника и также удовлетворяющие условиям- Self-centering insulators with a hole in the center for the wire, also having a cross-sectional shape and dimensions of a convex regular polygon and also satisfying the conditions

Δl=dмакс.(π-2nSin(π/n))=2Δd,Δl = dmax. (Π-2nSin (π / n)) = 2Δd,

где Δl - разность между длиной описанной окружности и периметром многоугольника, n - число сторон многоугольника, a Δd - величина разброса диаметра трубок, позволяют центрировать анодную проволоку относительно трубок в местах их установки;where Δl is the difference between the length of the circumscribed circle and the perimeter of the polygon, n is the number of sides of the polygon, and Δd is the magnitude of the dispersion of the diameter of the tubes;

- наличие в отверстиях двух диаметров - внутреннего, равного посадочному размеру втулок, и внешнего, с большим диаметром, с вакуумным уплотнением, установленным в нем, позволяет устанавливать втулки в камере строго и, одновременно, их вакуумно уплотнить с возможностью перемещения;- the presence in the holes of two diameters - an inner one, equal to the fit size of the bushings, and an outer one with a large diameter, with a vacuum seal installed in it, allows you to install the bushings in the chamber strictly and, at the same time, vacuum seal them with the ability to move;

- наличие пояска на втулках, расположенных в отверстиях со стороны ввода трубок в камеру для упора в это уплотнение, не позволяет вакууму втянуть трубки в вакуумный объем; а на другом конце втулки, имеющие гладкую поверхность, с возможностью перемещения, удерживаются в отверстиях посредством оттягивания за конец, например, пружиной или гайкой, для каждой трубки отдельно, для выправления трубок и, одновременно для удержания трубок на месте;- the presence of a belt on the bushings located in the holes on the side of the tube entry into the chamber to abut this seal does not allow the vacuum to draw the tubes into the vacuum volume; and at the other end, sleeves having a smooth surface, with the possibility of movement, are held in the holes by pulling the end, for example, with a spring or nut, for each tube separately, to straighten the tubes and, at the same time, to hold the tubes in place;

- увеличение посадочных размеров каждого отверстия со стороны ввода трубок в камеру на величину 0,05÷0,2 мм по сравнению с его парным отверстием и на такую же величину и посадочных размеров втулок на концах каждой трубки позволяет упростить установку трубок с втулками на рабочем месте без ухудшения точности посадки.- an increase in the mounting dimensions of each hole from the side of the introduction of the tubes into the chamber by 0.05 ÷ 0.2 mm compared to its paired hole and by the same size and the landing dimensions of the bushings at the ends of each tube makes it easier to install tubes with bushings in the workplace without compromising landing accuracy.

Совокупность всех перечисленных выше признаков позволяет увеличить точность восстановления координат проходящих в камере частиц путем упрощения конструкции и увеличения ее жесткости, строгой установки трубок при помощи дополнительных втулок, а также наконечников и изоляторов с сечением многогранника. Одновременно при этом существенно уменьшается мертвая зона камеры и сокращается расход трубок, появляется возможность расположить в одной камере в условиях вакуума три, четыре и более координатные плоскости.The combination of all of the above features allows you to increase the accuracy of restoring the coordinates of particles passing through the chamber by simplifying the design and increasing its rigidity, rigorous installation of tubes using additional bushings, as well as tips and insulators with a polyhedron cross-section. At the same time, the dead zone of the chamber is significantly reduced and the flow rate of tubes is reduced, and it becomes possible to arrange three, four or more coordinate planes in one chamber under vacuum conditions.

Перечень фигурList of figures

Фиг.1. Чертеж двухкоординатной дрейфовой камеры в виде цельного кольца с трубками и квазишахматно расположенными отверстиями.Figure 1. A drawing of a two-coordinate drift chamber in the form of a single ring with tubes and quasi-chessboard holes.

Фиг.2. Чертеж трубок в сборе с наконечниками со вставкой и втулками.Figure 2. Drawing of tubes assembly with lugs with insert and bushings.

Схема двухкоординатной дрейфовой камеры в виде цельного кольца приведенаA diagram of a two-coordinate drift chamber in the form of a solid ring is shown

на фиг.1 приложения 1, где:figure 1 of application 1, where:

(1) - камера в виде кольца;(1) - a camera in the form of a ring;

(2) - парные отверстия;(2) - paired holes;

(3) - трубки.(3) - tubes.

На фиг.1 представлена кольцевая камера. Цельное кольцо (1) является конструктивной основой камеры. На ее противоположных сторонах, параллельно его диаметру, располагаются парные соосные сквозные отверстия (2), расположенные квазишахматно, для дрейфовых трубок (3).Figure 1 presents the annular chamber. The one-piece ring (1) is the structural basis of the chamber. On its opposite sides, parallel to its diameter, there are paired coaxial through holes (2) located quasi-chessboard for drift tubes (3).

Схема устройства трубок с наконечниками со вставками и втулками приведена на фиг.2 приложения 2, где:The diagram of the device tubes with lugs with inserts and bushings is shown in figure 2 of Appendix 2, where:

(4а) - наконечники с буртиком;(4a) - flange tips;

(46) - вставки;(46) - inserts;

(5а) - втулка со стороны ввода трубок;(5a) - sleeve from the input side of the tubes;

(5б)- гладкая втулка;(5b) - smooth sleeve;

(6) - самоцентрующие изоляторы;(6) - self-centering insulators;

(7) - анодная проволока;(7) - anode wire;

(8) - вакуумное уплотнение;(8) - vacuum seal;

(9) - поясок на втулке со стороны ввода трубок;(9) - girdle on the sleeve from the input side of the tubes;

(10) - пружина с держателем.(10) - spring with a holder.

На фиг.2 представлена полностью собранная дрейфовая трубка в камере. Здесь показан наконечник (4а) с вставкой, втулка (5а) со стороны ввода трубок в камеру, гладкая втулка (5б) с противоположной стороны, самоцентрующие изоляторы (6) с анодной проволокой (7), проходящей через них, вакуумное уплотнение (8), расположенное в отверстиях (2), поясок (9) на втулке (5а) и пружина со стойкой для оттягивания трубок.Figure 2 presents a fully assembled drift tube in the chamber. Shown here is a tip (4a) with an insert, a sleeve (5a) on the tube entry side of the chamber, a smooth sleeve (5b) on the opposite side, self-centering insulators (6) with an anode wire (7) passing through them, a vacuum seal (8) located in the holes (2), the belt (9) on the sleeve (5a) and a spring with a stand for pulling tubes.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство для случая двухкординатной камеры может быть осуществлено следующим образом: цельное алюминиевое кольцо (1) {см. приложение 1, Фиг.1} с фланцами с двух сторон для присоединения к вакуумной системе изготавливается из поковки и обрабатывается по габаритам. Затем на координатно-расточном станке рассверливаются парные отверстия (2), на противоположных сторонах его боковой поверхности, параллельно его диаметру; для двухкоординатной камеры рассверливаются такие же отверстия, но сдвинутые по оси кольца и под прямым углом к первому набору отверстий. Трубки (3) {см. также приложение 2, фиг.2} концами герметично вклеиваются во втулки (5а и 5б), устанавливаются в них изоляторы (6) с анодной проволокой (7) пределах втулок и, одновременно, с двух сторон вклеиваются наконечники с сечением многогранника и буртиком (4а) {буртики, упираясь в торцы втулок (5а и 5б), не дают наконечникам проникнуть дальше} со вставками (4б). Собранные таким образом трубки вставляются в камеру со стороны вводных отверстий в пары отверстий (2) на камере, уплотняются вакуумными уплотнителями (8) и упираются пояском (9), находящимися на втулке со стороны ввода, в вакуумные уплотнители (8). Затем на другом конце трубки для выпрямления оттягиваются с помощью пружины со стойкой (10) или гайки, резьбу для которой возможно нарезать на изоляционной вставке. Величина натяжения трубок измеряется при этом с помощью динамометра. После этого с противоположной стороны трубок оттягиваются и анодные проволоки на нужную величину и фиксируются пайкой или климпированием.A device for the case of a two-axis camera can be implemented as follows: a solid aluminum ring (1) {see Appendix 1, Figure 1} with flanges on both sides for connection to a vacuum system is made of forgings and processed in size. Then, a pair of holes (2) are drilled on the coordinate boring machine, on opposite sides of its side surface, parallel to its diameter; for a two-coordinate camera, the same holes are drilled, but shifted along the axis of the ring and at right angles to the first set of holes. Handsets (3) {see also Appendix 2, FIG. 2} the ends are hermetically glued into the bushings (5a and 5b), insulators (6) with anode wire (7) within the bushings are installed in them and, at the same time, lugs with a polyhedron cross-section and a shoulder (4a) are glued ) {flanges resting against the ends of the bushings (5a and 5b) do not allow the tips to penetrate further} with inserts (4b). Thus assembled tubes are inserted into the chamber from the inlet side into pairs of holes (2) on the chamber, sealed with vacuum seals (8) and abut with a girdle (9) located on the sleeve from the inlet side, into vacuum seals (8). Then, at the other end, the straightening tubes are pulled out using a spring with a stand (10) or a nut, the thread of which can be cut into an insulating insert. The magnitude of the tension of the tubes is measured with a dynamometer. After that, the anode wires are pulled to the desired size from the opposite side of the tubes and fixed by soldering or clipping.

После завершения сборки, испытания камеры на утечку, электрического тестирования к трубкам подводится газ, подводится через медную шину заземление, высоковольтное напряжение и устанавливается управляющая электроника. Тем самым камера подготовлена для регистрации заряженных частиц.After completing the assembly, testing the chamber for leakage, electrical testing, gas is supplied to the tubes, grounding, high voltage are supplied through the copper bus and control electronics are installed. Thus, the camera is prepared for registration of charged particles.

Заряженные частицы, проходящие через любую трубку, создают пары ионов, которые начинают двигаться к соответствующим электродам. Электроны, направляющиеся к аноду, попадая в сильное электрическое поле вблизи него, умножаются и дают импульс. Запустив в момент прохождения частицы триггер, с помощью управляющей электроники можно измерить время дрейфа электронов и, следовательно, при известной скорости дрейфа можно определить точное место прохождения частицы в трубке. Для того чтобы получить высокую точность в измерении координаты частицы, требуется высокое временное разрешение используемой электроники, но при этом чем ближе реальные механические параметры камеры к ее геометрическим характеристикам - в первую очередь - жесткость конструкции, точное расположение концов трубок относительно конструкции, их прямолинейность, точность расположения анода по оси трубок.Charged particles passing through any tube create pairs of ions that begin to move to the corresponding electrodes. Electrons sent to the anode, getting into a strong electric field near it, multiply and give an impulse. By launching the trigger at the moment of the particle passage, using the control electronics, it is possible to measure the electron drift time and, therefore, at a known drift velocity, the exact place of the particle passage in the tube can be determined. In order to obtain high accuracy in measuring the coordinate of a particle, a high temporal resolution of the used electronics is required, but the closer the real mechanical parameters of the camera to its geometric characteristics - first of all, structural rigidity, exact location of the ends of the tubes relative to the structure, their straightness, accuracy the location of the anode along the axis of the tubes.

ЛитератураLiterature

1. W.W.Ash et al. Nuclear Instruments and Methods, A261 (1987) 399-419.1. W. W. W. Ash et al. Nuclear Instruments and Methods, A261 (1987) 399-419.

2. M.Alvarez et al. Nuclear Instruments and Methods, A255 (1987) 486-492.2. M. Alvarez et al. Nuclear Instruments and Methods, A255 (1987) 486-492.

3. J.Adler et al. Nuclear Instruments and Methods, A276 (1989) 42-52.3. J. Adler et al. Nuclear Instruments and Methods, A276 (1989) 42-52.

4. K.Maeshima et al. Nuclear Instruments and Methods, A307 (1991) 52-62.4. K. Maeshima et al. Nuclear Instruments and Methods, A307 (1991) 52-62.

5. J.L.Popp. Nuclear Instruments and Methods, A472 (2001) 354-358.5. J.L. Popp. Nuclear Instruments and Methods, A472 (2001) 354-358.

6. P.Baringer et al. Nuclear Instruments and Methods, A254 (1987) 542-548.6. P. Baringer et al. Nuclear Instruments and Methods, A254 (1987) 542-548.

7. K.Lang et al. Nuclear Instruments and Methods, A522 (2004) 274-293.7. K. Lang et al. Nuclear Instruments and Methods, A522 (2004) 274-293.

8. С.Kendziora et al. A Straw Drift Chamber for Operation in Vacuum Tank, Preprint FERMILAB - Pub-02/241-Е.8. C. Kendziora et al. A Straw Drift Chamber for Operation in Vacuum Tank, Preprint FERMILAB - Pub-02/241-E.

Claims (6)

1. Дрейфовая камера для работы в вакууме, включающая конструкцию с узлами, расположенными на противоположных сторонах, имеющими парные соосные, сквозные цилиндрические отверстия, с возможностью их соосного перемещения относительно друг друга, содержащая параллельно расположенные в ней по плоскости тонкостенные, металлизированные изнутри, дрейфовые трубки из гибкого изоляционного материала, служащие в качестве катода с анодной проволокой вдоль их оси, имеющие в обоих концах металлические наконечники с изоляционными вставками внутри, герметично закрепленные с одной стороны в концах трубок, а с другой - в парных отверстиях на камере, и служащие для центрирования анодных проволок, их изоляции от катодов, герметизации трубок, находящихся снаружи в вакууме, а внутри при высоком давлении, подачи рабочего газа вовнутрь трубок, а также нулевого потенциала, высоковольтного напряжения и вывода электрических сигналов, отличающаяся тем, что конструктивный узел камеры выполнен в виде цельного кольца, а парные отверстия расположены в квазишахматном порядке на его боковой поверхности, параллельно его диаметру; кроме того, дрейфовые трубки, имеющие закрепленные в концах наконечники со вставками, своими концами снаружи герметично закреплены в дополнительных втулках, которые со своей стороны вакуумно-плотно установлены в парных отверстиях, с возможностью перемещения, и имеют внутренний диаметр, равный максимальному диаметру используемых трубок dмакс=dср+Δd, с учетом их разброса - dтр=dср±Δd, где Δd - величина разброса диаметра трубок; кроме того, наконечники выполнены с наружным поперечным сечением в виде выпуклого правильного n-стороннего многоугольника, число сторон которого выводится из условия
Δl=dмакс(π-2nsin(π/n))=2Δd,
где Δl - разность между длиной описанной окружности и периметром многоугольника; dмакс - максимальный диаметр используемых трубок; n - число сторон многоугольника, a Δd - величина разброса диаметра трубок; с диаметром описанной окружности многоугольника, равным d=dмакс-2h-ε, где h - толщина стенок трубок; ε - величина допуска на точность; сами наконечники, с одного конца герметично закрепленные в трубках, а с другого конца свободные, вершинами многоугольника всегда опираются на внутреннюю поверхность трубок, центруя их, и через них на внутреннюю поверхность втулок; при этом внутри каждой трубки, в пределах длины втулок, введены самоцентрующие изоляторы с отверстием в центре для проволоки, также имеющие в поперечном сечении форму и размеры выпуклого правильного многоугольника и также удовлетворяющие условиям:
Δl=dмакс(π-2nsin(π/n))=2Δd,
где Δl - разность между длиной описанной окружности и периметром многоугольника; n - число сторон многоугольника, a Δd - величина разброса диаметра трубок.
1. A drift chamber for working in a vacuum, including a design with nodes located on opposite sides, having paired coaxial, through cylindrical holes, with the possibility of coaxial movement relative to each other, containing thin-walled, metallized from the inside, drilled tubes parallel to it on the plane made of flexible insulating material, serving as a cathode with an anode wire along their axis, having metal tips at both ends with insulating inserts inside, g Sealed on one side at the ends of the tubes, and on the other in the pair of holes on the chamber, used to center the anode wires, isolate them from the cathodes, seal the tubes that are outside in vacuum, and inside at high pressure, supply the working gas inside the tubes as well as zero potential, high voltage voltage and output of electrical signals, characterized in that the structural unit of the camera is made in the form of a single ring, and the pair of holes are located in a quasi-chessboard order on its side surface and parallel to its diameter; in addition, drift tubes having tips fixed at the ends with inserts are externally sealed with their ends in additional bushings, which, for their part, are vacuum-tightly mounted in paired holes, with the possibility of movement, and have an inner diameter equal to the maximum diameter of the tubes used dmax = dav + Δd, taking into account their scatter - dav = dav ± Δd, where Δd is the magnitude of the variation in the diameter of the tubes; in addition, the tips are made with an external cross section in the form of a convex regular n-sided polygon, the number of sides of which is derived from the condition
Δl = dmax (π-2nsin (π / n)) = 2Δd,
where Δl is the difference between the length of the circumscribed circle and the perimeter of the polygon; dmax is the maximum diameter of the tubes used; n is the number of sides of the polygon, and Δd is the variation in the diameter of the tubes; with the diameter of the circumscribed circle of the polygon equal to d = dmax-2h-ε, where h is the wall thickness of the tubes; ε is the accuracy tolerance; the tips themselves, sealed at one end in the tubes and free at the other end, always rest on the inner surface of the tubes with the vertices of the polygon, centering them, and through them onto the inner surface of the bushings; at the same time, inside each tube, within the length of the bushings, self-centering insulators with a hole in the center for the wire are introduced, also having the cross-sectional shape and dimensions of a convex regular polygon and also satisfying the conditions:
Δl = dmax (π-2nsin (π / n)) = 2Δd,
where Δl is the difference between the length of the circumscribed circle and the perimeter of the polygon; n is the number of sides of the polygon, and Δd is the variation in the diameter of the tubes.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все отверстия в кольце имеют два диаметра - внутренний, равный посадочному размеру втулок, и внешний с большим диаметром, с вакуумным уплотнением, установленным в нем; при этом втулки, расположенные в отверстиях со стороны ввода трубок в камеру, имеют поясок для упора в это уплотнение, а на другом конце втулка имеет гладкую поверхность, с возможностью перемещения в отверстиях посредством оттягивания за конец, например, пружиной или гайкой, для каждой трубки отдельно.2. The device according to claim 1, characterized in that all the holes in the ring have two diameters - the inner one, equal to the fit size of the bushings, and the outer one with a large diameter, with a vacuum seal installed in it; while the bushings located in the holes on the side of the tube entry into the chamber have a girdle for abutment in this seal, and at the other end the sleeve has a smooth surface that can be moved in the holes by pulling it over the end, for example, by a spring or nut, for each tube separately. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что посадочные размеры каждого отверстия со стороны ввода трубок в камеру больше на величину 0,05-0,2 мм по сравнению с его парным отверстием, и на такую же величину отличаются и посадочные размеры втулок на концах каждой трубки.3. The device according to claim 1, characterized in that the mounting dimensions of each hole on the input side of the tubes into the chamber are 0.05-0.2 mm larger than its paired hole, and the mounting dimensions of the bushings differ by the same amount at the ends of each tube. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с наружной стороны все наконечники с вставкой снабжены пояском, который упирается во внешний торец втулки.4. The device according to claim 1, characterized in that on the outside all the tips with an insert are provided with a girdle that abuts against the outer end of the sleeve. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что самоцентрующие изоляторы при большой длине трубок установлены также вдоль их оси, через каждые 700÷1000 мм, с поддержками с внешней стороны трубок в этих местах.5. The device according to claim 1, characterized in that the self-centering insulators with a large length of the tubes are also installed along their axis, every 700 ÷ 1000 mm, with supports from the outside of the tubes in these places. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в цельное кольцо дополнительно введены сдвинутые по его оси вторая, третья, четвертая и более координатные плоскости с соответствующими парными отверстиями и дрейфовыми трубками, также расположенными в квазишахматном порядке, под углом друг к другу в пределах 0÷180°. 6. The device according to claim 1, characterized in that the second, third, fourth and more coordinate planes with corresponding paired holes and drift tubes, also located in a quasi-chessboard order, are angled to each other limits 0 ÷ 180 °.
RU2011113987/28A 2011-04-12 2011-04-12 Drift chamber for operation in vacuum RU2465620C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011113987/28A RU2465620C1 (en) 2011-04-12 2011-04-12 Drift chamber for operation in vacuum

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011113987/28A RU2465620C1 (en) 2011-04-12 2011-04-12 Drift chamber for operation in vacuum

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2465620C1 true RU2465620C1 (en) 2012-10-27

Family

ID=47147589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011113987/28A RU2465620C1 (en) 2011-04-12 2011-04-12 Drift chamber for operation in vacuum

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2465620C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529456C1 (en) * 2013-02-26 2014-09-27 Объединенный Институт Ядерных Исследований Drift chamber for vacuum applications
RU2602492C2 (en) * 2014-08-20 2016-11-20 Объединенный Институт Ядерных Исследований Device for measuring the location of wires in gas wire chambers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU600637A1 (en) * 1976-06-21 1978-03-30 Предприятие П/Я М-5631 Drift chamber
RU2239826C1 (en) * 2003-04-24 2004-11-10 Закрытое Акционерное Общество "ХИМПРИБОР-1" Detector for determination of substances that are dangerous for life and health of people
EP1580548A1 (en) * 2004-03-24 2005-09-28 Burle Technologies, Inc. Ion mobility spectrometer
EP1229995B1 (en) * 1999-09-16 2008-09-17 Rae Systems, Inc. Selective photo-ionization ion-mobility spectrometer and method of operating said spectrometer
RU2009134726A (en) * 2007-03-03 2011-04-10 Смитс Детекшн-Уотфорд Лимитед (GB) ION MOBILITY SPECTROMETER CONTAINING TWO DRIFT CAMERAS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU600637A1 (en) * 1976-06-21 1978-03-30 Предприятие П/Я М-5631 Drift chamber
EP1229995B1 (en) * 1999-09-16 2008-09-17 Rae Systems, Inc. Selective photo-ionization ion-mobility spectrometer and method of operating said spectrometer
RU2239826C1 (en) * 2003-04-24 2004-11-10 Закрытое Акционерное Общество "ХИМПРИБОР-1" Detector for determination of substances that are dangerous for life and health of people
EP1580548A1 (en) * 2004-03-24 2005-09-28 Burle Technologies, Inc. Ion mobility spectrometer
RU2009134726A (en) * 2007-03-03 2011-04-10 Смитс Детекшн-Уотфорд Лимитед (GB) ION MOBILITY SPECTROMETER CONTAINING TWO DRIFT CAMERAS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529456C1 (en) * 2013-02-26 2014-09-27 Объединенный Институт Ядерных Исследований Drift chamber for vacuum applications
RU2602492C2 (en) * 2014-08-20 2016-11-20 Объединенный Институт Ядерных Исследований Device for measuring the location of wires in gas wire chambers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6964202B2 (en) Gas analysis with reverse magnetron source
JP5049174B2 (en) Time-of-flight mass spectrometer and charged particle detector used therefor
US8013294B2 (en) Charged-particle detector
US11201046B2 (en) Orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometer and lead-in electrode for the same
CN108538700A (en) A kind of Proton-Transfer Reactions ion source, mass spectrograph and its detection method
CN110137071B (en) Split process mass spectrometer
RU2465620C1 (en) Drift chamber for operation in vacuum
CN110220929A (en) A kind of device and method measuring material secondary electron emission coefficiency
US3280326A (en) Mass filter with sheet electrodes on each side of the analyzer rod that intersect on the ion beam axis
CN103311087A (en) Ion deflection transmission system
JPWO2019155542A1 (en) Mass spectrometer
US20100012851A1 (en) Multi-Anode Ionization Chamber
Masillo et al. Experimental characterisation of the novel halo plasma thruster for small satellite applications
KR100866888B1 (en) Radiation Sensor And Method For Measuring Steel-Sheet Thickness With Improving Sensitivity By Using Wire Electrode And Pressurized Mixed-Gas
JP2017027939A (en) Miniature quadrupole arrays using electron multiplication detectors
Ebrahimibasabi et al. Monitoring transverse beam profiles of a Penning ion source using a position-sensitive Multi Array Faraday Cup
JP2011191295A (en) Ionizing radiation detector
CN109887830B (en) Double-region chemical ionization source for mass spectrum
US20230251293A1 (en) Device for determining the electrical resistance of a system, and associated method
Sheets et al. Pseudo linear Hall effect thruster characterization through potential, magnetic, and optical measurements
CN108376637B (en) Ion velocity imager for realizing resolution of dissociated fragments in free flight area
JP2004235090A (en) Method for correcting sensitivity of ion energy analyzer
US2913630A (en) Ion gauge
CN116500115A (en) Ion generation and introduction device for planetary atmosphere and ionosphere detection
JP2012038525A (en) Charged particle current measuring device and plasma processing device