Komora OTPC

Zenon Janas, Marek Pfützner, Marek Karny, Krzysztof Miernik

Komora dryfowa z odczytem optycznym - Optical Time Projection Chamber – to zupełnie nowy typ detektora, zaprojektowany i zbudowany we współpracy Zakładu Spektroskopii Jądrowej i Zakładu Cząstek i Oddziaływań Fundamentalnych. Jest to jedyny, w skali światowej, nowoczesny detektor umożliwiający wykonywanie fotografii rozpadów jądrowych.

Został skonstruowany z myślą o pomiarach promieniotwórczości dwuprotonowej nuklidu ⁴⁵Fe, ale jego unikatowe możliwości mogą być wykorzystane w wielu innych eksperymentach badających egzotyczne izotopy i rzadkie typy rozpadów.

Główną część detektora stanowi szczelna komora wypełniona mieszanką gazową pod ciśnieniem atmosferycznym. Komora jest podzielona elektrodami siatkowymi na sekcje spełniające różne role. Badane nuklidy zatrzymywane są w górnej części komory. Emitowane w rozpadach naładowane cząstki (na przykład protony) jonizują gaz. Dzięki przyłożonemu polu elektrycznemu, elektrony z pierwotnej jonizacji dryfują w kierunku sekcji wzmacniających. Wzbudzane przez elektrony cząstki gazu emitują fotony ultrafioletowe. Po pochłonięciu przez specjalną folię, fotony są reemitowane jako fotony światła widzialnego.

Znajdująca się w dolnej części detektora kamera cyfrowa CCD oraz fotopowielacz wykonują zdjęcie emitowanego światła, które niesie informację o torach cząstek. Kamera CCD rejestruje rzut śladów na płaszczyznę czujnika, natomiast informacja o położeniu w trzecim wymiarze jest rejestrowana przez fotopowielacz. Dzięki połączeniu tych informacji możliwa jest pełna, trójwymiarowa rekonstrukcja rejestrowanych rozpadów.

Na powyższym zdjęciu: w komorze zatrzymano jądro ¹²N (długi ślad), po upływie kilku milisekund jądro to uległo przemianie β⁺, a powstałe wzbudzone jądro ¹²C rozpadło się na trzy cząstki α (krótkie ślady).

Komora została użyta w eksperymencie badającym promieniotwórczość dwuprotonową jądra ⁴⁵Fe. Dzięki niej po raz pierwszy udało się pomierzyć korelacje kątowe i energetyczne pomiędzy emitowanymi w rozpadzie protonami. W tym samym eksperymencie zarejestrowano 4 przypadki nowego typu rozpadu – emisji trzech protonów po rozpadzie β⁺. Fotografie i ilustracje dotyczące tego eksperymentu można zobaczyć w dziale promieniotwórczość dwuprotonowa.

W niedalekiej przyszłości komora zostanie zastosowana w eksperymentach badających promieniotwórczość dwuprotonową innych nuklidów (np. ⁴⁸Ni, ⁵⁴Zn) oraz emisję cząstek po rozpadzie β.

Projekt, grafika i wykonanie: Krzysztof Miernik.

Strona najlepiej wygląda pod przeglądarkami: Mozilla/Firefox/Opera