流光室

流光是氣體放電的一種機制。入射粒子與氣體原子發生電離碰撞，產生電子和正離子。在足夠高的電場下，電子同氣體原子作用形成級聯倍增式碰撞，可使電子和正離子的數目按指數急劇增加，形成雪崩式放大（見電離室、正比計數器）。更高的外電場還可同時產生光子和光電離電子。這些電子和正離子在電場作用下反方向運動並形成偶極子集團。因為偶極子產生的內電場同外加電場方向相反，使偶極子集團內的總電場顯著降低，致使電子和正離子複合放射出大量光子，光子的作用越加重要。另外，偶極子集團頭部外面的電場非常強又產生新的雪崩偶極子集團。若干個集團連接在一起就形成了可見的流光。流光的直徑一般為1毫米左右，長度為3毫米左右。若繼續發展則可能形成貫穿陰陽極的火花放電。流光室和自猝滅流光管分別利用了限制高電場的持續時間和使用可吸收光子的猝滅氣體兩種方法，使形成的流光階段得到限制而不致發展成火花放電。 ^[2] 

流光室由三個電極隔成兩個空間，間距為幾釐米。中間電極接高電勢，邊上兩個電極接地。兩個空間內充工作氣體（90%的氖加10%的氦，或用純氖或純氦）。當中間電極與兩側地電極之間加數十萬伏的高電壓脈衝（3—20納秒）時，因所加的高壓時間很短，發生的電離和雪崩只發展至流光階段而不再繼續發展成火花擊穿。靈敏空間一般比較大，在空間內多個帶電粒子的徑跡周圍所產生的明亮的流光點都可用快速拍照的方法一次記錄下來 ，留待進一步分析。另外，可用閃爍計數器、望遠鏡等電子學探測器系統對事例進行挑選，從而對流光室高壓脈衝進行選擇觸發。這樣組成的流光室譜儀特別適用於測量高能重離子核反應產生的大量末態粒子的多徑跡事例。20世紀70年代發展了高氣壓精密流光室，流光直徑可小到150微米，另外還發展了全息充氫的流光室等。在獲取圖像手段方面發展了像增強器、電荷耦合器件以及全息照相等。 ^{[2]  [3]} 

由於流光並沒有發展成火花擊穿，所以消耗電場的能量很小，使電場改變甚微，所以能夠以很高效率同時記錄很多根徑跡（可達 100根以上）。徑跡形成的幾率與徑跡同電場方向之間的夾角無關，即流光室是各向同性的 。但是，徑跡的亮度並不各向同性，平行於電場的徑跡的亮度大，垂直於電場的徑跡的亮度小。一般流光的直徑為1mm左右，長度為5mm左右。流光室還可以測定帶電粒子徑跡的電離度。 ^[3] 

由於用拍照的方法來記錄事例，對物理實驗的完成週期和質量都有很大的限制，已有人對多種無底片記錄流光室事例的方法進行了研究。其中電荷耦合器件已經取得了很大的進展。電荷耦合器件對流光的靈敏度比目前最靈敏的底片還高，其空間分辨本領已達120微米。電荷耦合器件的輸出可以與計算機作在線連接，能直接給出帶電粒子的數據。全息流光室也已取得了進展。全息流光室除了可直接給出三維的記錄之外，還可以提高空間分辨本領。因為用單色激光作為光源可在雪崩發展的初期進行照相，這樣就改善了普通流光室要等待雪崩發展成流光才能照相所帶來的使空間分辨本領變差的情況。普通流光室照相的景深較小，而全息流光室可以在很大的景深範圍內有同樣高的空間分辨率。充氫的流光室也已被研製出來。與氫泡室的不同在於氫流光室是能夠觸發控制的。它每秒可接受 10⁶個或更多的束流粒子。因此它既可作為純質子靶。又同時可以作為探測器。由於氫氣的密度小，所以可以觀測很低能的反衝，例如20MeV/с的反衝質子的徑跡長達1cm（這麼低能的反衝質子在泡室中是不能測量甚至是看不見的）由於低的密度，因而庫侖散射及次級核散射小，所以徑跡的可測量部分大，因而可使動量測量誤差減小。全息氫流光室將是一個很有前途的探測器。它可在很大的束流能量範圍（MeV—TeV）工作，可以利用較簡單的各種不分離粒子束做出精度較高的工作。 ^[3] 

利用流光放電原理可製成自猝滅流光管。管單元的截面形狀和尺度為1釐米左右的圓形或方形。管的中心是高壓電極絲。中心絲一般是直徑為50—100微米的鈹－銅絲或鍍金鎢絲，接正高電壓。管壁為陰極，通常接地。管壁常用金屬材料製成。80年代初由意大利的E.亞羅齊發明的自猝滅塑料流光管（PST），用聚氯乙烯塑料梳狀型材的內壁塗石墨作為陰極，梳狀型材構成8（或更多）個管單元。用聚氯乙烯作管壁。自猝滅流光管的工作條件最基本的要求是：①中心絲和管壁之間的電場強度足夠強，且絲直徑也足夠大，形成較寬的高場區，使氣體放電過程能夠發展到形成流光的階段。②管內充有高比例的猝滅性氣體，強烈吸收雪崩集團中放射出來的光子，從而把這個過程限制在流光的階段。這稱為自猝滅流光工作方式。工作氣體一般要用較大比例的能大量吸收光子的多原子分子氣體，如異丁烷、二氧化碳等。輸出脈衝信號的引出方式根據應用的要求而定。從中心高壓絲引出可在50歐姆電阻上得到高於70毫伏的快信號；在使用有電半透明性的石墨陰極的情況下，也可用安置在石墨陰極外側的互相垂直的金屬條引出感應正脈衝，其幅度可高於20毫伏，這樣就同時得到了兩維座標信息。條寬及條間隙決定空間分辨率。這種粒子探測器有良好的時間分辨本領和坪特性（見正比計數器），探測效率高，輸出信號大，易於讀出二維信號。在加速器與對撞機的粒子物理實驗以及粒子天體物理實驗等領域的許多大型實驗中已得到廣泛應用。 ^[2]