CONTATORE

CONTATORE (XI, p. 229; App. I, p. 462)

Contatore per particelle (App. II,1, p. 680; III,1, p. 420). - Recenti contatori, con prestazioni sostanzialmente diverse dai precedenti, sono le camere a scintilla e la camere a filo proporzionali (ingl. Multi-Wire Proportional Chamber, spesso indicata con la sigla MWPC).

Questi c. non solo rivelano il passaggio di una particella ionizzante, ma permettono anche di determinare la posizione spaziale di uno o più punti della sua traiettoria fornendo per ciascuno di essi le rispettive coordinate spaziali. Queste informazioni possono essere ottenute in un tempo più breve di molti ordini di grandezza di quello necessario alle camere a bolle e in certi casi assai vicino ai tempi caratteristici dei contatori a scintillazione.

Camere a scintilla. - Nella loro prima versione esse erano costituite da una serie di lastre metalliche (per es. di alluminio, rame, ecc.) parallele, distanti circa 1 cm, e immerse in un'atmosfera di gas nobili a pressione atmosferica. Lo spessore delle lastre viene scelto in modo che la particella interessata possa attraversare tutta la camera e gli scintillatori posti davanti e dietro alla camera stessa. Quando questo avviene, il segnale proveniente dagli scintillatori attiva un dispositivo elettronico che permette di applicare una tensione piuttosto alta, dell'ordine di 10⁴ V, tra le lastre metalliche, per un breve intervallo di tempo (0,1 ÷ 0,5 μsec). In tal modo scocca una scintilla tra ogni lastra a potenziale zero e le due adiacenti collegate all'alta tensione, lungo la scia di ionizzazione lasciata dalla particella. Si ha così la comparsa di una serie di scintille che possono essere fotografate lungo due direzioni, circa parallele al piano (x, y) delle lastre e a 90° tra loro. L'analisi dei fotogrammi permette così la determinazione delle coordinate (x, y) di ciascuna delle scintille scoccate lungo la traiettoria. La risoluzione spaziale ottenibile è usualmente di circa 0,5 mm. Per evitare il ritardo che consegue dallo sviluppo della pellicola e dall'analisi dei fotogrammi sono stati introdotti, con diverso successo, metodi acustici, fotodigitali ed elettronici. Tuttavia un vero progresso in questa direzione si è avuto con la sostituzione delle lastre metalliche con piani di fili paralleli, con spaziature dell'ordine del millimetro. In un tipo di camera la direzione dei fili in un piano è perpendicolare alla direzione dei fili nel piano successivo. Le scintille, scoccando tra il filo di un piano e quello del piano successivo determinano in essi due impulsi di corrente che un'opportuna logica elettronica utilizza per identificare i fili di partenza e quindi le coordinate della scintilla.

Il "tempo di memoria", cioè il tempo di persistenza della ionizzazione dopo il passaggio della particella, è di circa 0,5 μsec. Il "tempo morto", cioè il tempo in cui la camera rimane inattiva dopo l'applicazione dell'impulso di alta tensione, è di circa 10 msec. La risoluzione temporale è di circa 1 μsec.

Camera proporzionale a fili. - Questo dispositivo costituisce un progresso rispetto alla camera a scintilla, specialmente quando si tratti di misurare alti flussi di particelle, e in questi selezionare eventi rari. Infatti tale camera, pur conservando la stessa risoluzione spaziale della camera a scintilla, ha una risoluzione temporale molto migliore (20 ÷ 30 nsec), un'efficienza molto elevata anche per la rivelazione di molte tracce contemporanee, un tempo morto di circa 0,1 μsec, e, infine, fornisce impulsi di ampiezza proporzionale alla perdita di energia subita dalla particella nel gas, anche se in pratica quest'ultima caratteristica è molto difficile da usare. Questi rivelatori possono anche autoattivarsi, cioè sono necessari altri c. per la loro attivazione.

Una tipica camera proporzionale a fili è ottenuta dall'unione di diversi moduli, ciascuno dei quali è costituito nel modo seguente. Si ha un piano di fili paralleli di diametro di 20 ÷ 50 μm, distanziati di circa un millimetro, e sottoposti a una tensione di circa 30 gr-peso, incollati su un circuito stampato solidale con la cornice di sostegno. Questo piano, detto di lettura, è posto tra due piani, detti di potenziale, che possono essere costituiti da una superficie metallica, oppure anche loro da fili con caratteristiche simili, ma non uguali, ai precedenti. Questi tre piani formano dunque due intercapedini, di spessore doppio della distanza tra i fili del piano di lettura. Ai due piani esterni viene applicato un potenziale negativo di 5 ÷ 6 kV rispetto ai fili del piano di lettura, ciascuno dei quali è collegato a terra tramite un resistore. Il tutto è immerso in un'atmosfera di gas nobili, o una speciale miscela (per es.: isobutano, argo, freon) a pressione atmosferica. In queste condizioni le coppie di ioni create nel gas dalla particella vengono accelerate dal campo elettrico e producono due valanghe di ioni positivi e negativi che generano un impulso di tensione negativo sul filo di lettura più vicino alla ionizzazione iniziale e uno positivo sui piani di potenziale. Il valore del campo elettrico e della pressione del gas usati determinano un regime di scarica tipica della 1^a regione di Towsend, per cui l'ampiezza del segnale sul filo di lettura risulta proporzionale alla ionizzazione iniziale.

Un ulteriore perfezionamento delle camere a fili è costituito dalle camere dette drift che possiamo tradurre "a deriva ionica". In esse viene misurato il tempo impiegato dalla valanga ionica a raggiungere il filo di lettura. In queste camere si ottiene una migliore risoluzione spaziale e si diminuisce il numero dei fili di lettura, ottenendo così una sensibile riduzione del costo dell'elettronica.

Le camere proporzionali a fili sono state introdotte per la sperimentazione nel campo delle particelle elementari e svolgono un ruolo fondamentale come rivelatori negli esperimenti con le grandi macchine acceleratrici. Esse trovano pure applicazione nelle ricerche biomediche, in particolare per la radiografia X, e per la localizzazione delle sorgenti di radioisotopi negli organismi.

Bibl.: G. Charpak e altri, Some developments in the operation of MWPC, in Nuclear instruments and methods, vol. 80 (1970); id., Evolution of the automatic spark chambers, in Annual review of nuclear sciences, vol. 20 (1970).