Трековые или следовые детекторы позволяют наблюдать визуально следы (треки) проходящих частиц

Трековые или следовые детекторы позволяют наблюдать визуально следы (треки) проходящих частиц. К ним относится: камера Вильсона, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии, искровые камеры.

Общий принцип регистрации основан на том, что ускоренные заряженные частицы, попадая в рабочее вещество, ионизируют его по ходу движения. В результате ионизации вещества возникают вторичные эффекты, которые можно наблюдать и по ним оценивать наличие частиц, их энергию, среднюю длину пробега и т.д.

Камера Вильсона (1912). В качестве рабочего вещества используется (пересыщенный) переохлажденный пар. В состав пара входит вода, этиловый спирт, гелий и аргон. Камера представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, покрытый сверху стеклом (1). Над этим стеклом располагается глаз или фотокамера (2). Снизу сосуда расположен подвижный поршень, над поршнем располагается сетка, покрытая слоем черного влажного бархата или сукна.

При быстром опускании поршня происходит адиабатическое расширение газа, что сопровождается понижением его температуры. За счет охлаждения пар становится переохлажденным.

Заряженные частицы, пролетая в газе, создают на своем пути цепочку ионов. На этих ионах как на центрах конденсации образуются капельки жидкости. Таким образом, при движении в камере частица оставляет за собой след (трек), который хорошо виден и может быть сфотографирован. По геометрии полученных треков можно определить количество частиц и направления их движения. Если весь трек умещается в камере, то можно установить энергию частицы, средний линейный пробег, линейную плотность ионизации (количество капель на единицу длины трека). При помещении камеры в постоянное магнитное поле можно по радиусу кривизны траектории определить удельный заряд, скорость и энергию частиц.

Пузырьковая камера. В качестве рабочего вещества используют перегретую жидкость, закипающую при резком уменьшении ее давления. В качестве рабочих жидкостей применяют жидкий водород, пропан C3H8, ксенон и другие легко кипящие жидкости. При движении заряженных частиц образуются ионы, являющиеся центрами интенсивного парообразования, приводящие к появлению цепочки пузырьков (Глезер,1952 г.). В пузырьковой камере можно регистрировать частицы очень больших энергий, т.к. частицы тормозятся на отрезках в тысячу раз меньших, чем в камере Вильсона. Плотность перегретой жидкости в тысячу больше плотности переохлажденного пара.

Толстослойные (ядерные) фотоэмульсии. Этот метод основан на фотохимическом действии ионизирующего излучения. Под действием проходящих через фотоэмульсию быстрых заряженных частиц нарушается структура кристаллической решетки зерен бромистого серебра, делающих их неспособных к проявлению, поэтому после проявления получают цепочку черных точек, которые видны под микроскопом.

Ядерные эмульсии применяются в виде слоев толщиной от 0,5 до 1 мм. Это позволяет исследовать траектории частиц высоких энергий. Например, частица с энергией порядка 10 МэВ образует след длиной 0,1 мм и не выходит за пределы слоя.

Для изучения треков частиц с еще большей энергией и имеющих средний линейный пробег больше толщины одной пластины используют стопу из большого числа пластин. Стопу пластин располагают наклонно к следу. В этом случае последовательные участки следов траектории частицы можно изучать по почернению эмульсии в пластинках стопы, следующих друг за другом.