La cámara de proyección de tiempo ( TPC ) es una combinación de cámaras de deriva y proporcionales . Estas cámaras son la herramienta más versátil en física de altas energías, ya que permiten obtener una imagen electrónica tridimensional de una pista con una resolución espacial comparable en las tres coordenadas. El diseño de la cámara de proyección de tiempo se muestra esquemáticamente en la figura. Esencialmente, es una combinación de cámaras de deriva y proporcionales. En el volumen de deriva lleno de gas, se crea un campo eléctrico uniforme con la ayuda de electrodos adicionales entre dos planos verticales que limitan el volumen de la cámara.
La trayectoria de una partícula cargada relativista que cruza el volumen de la cámara consiste en una cadena de grupos de ionización . Cada grupo contiene un electrón de ionización primaria y (principalmente) de cero a 3-4 electrones de ionización secundaria que aparecen en pistas de electrones de ionización primaria δ . El número de grupos por unidad de longitud es pequeño: es igual al número de eventos de ionización primaria y, por ejemplo, para el argón es de aproximadamente 30 piezas por 1 cm a presión atmosférica. Por lo tanto, la distancia promedio entre grupos es de aproximadamente 330 μm. El tamaño del grupo es pequeño en comparación con este valor, ya que los electrones δ experimentan una fuerte dispersión durante la ionización de la sustancia. Por lo tanto, grupos de electrones inicialmente separados que contienen de 1 a 5 electrones, separados espacialmente entre sí, comienzan a desviarse de la pista en la dirección del campo eléctrico. Dado que la distancia sobre la que se desplazan los electrones es grande, hasta 2 m, la difusión de electrones sobre dicho espacio de deriva conducirá a la superposición de grupos individuales. Esto no sucede si se aplica un campo magnético lo suficientemente fuerte paralelo al campo eléctrico, en el que, por regla general, operan tales cámaras, ya que el campo magnético permite medir el momento de la partícula según la fórmula
rs = 300 horasdonde p es el momento de la partícula, GeV/c; c es la velocidad de la luz, m/s; H es la intensidad del campo magnético, Gauss; R es el radio de curvatura de la trayectoria, m.
La aplicación de un campo magnético con una intensidad B = 15000 Gauss permite reducir la difusión de electrones en la dirección transversal a la dirección de su deriva (y el vector del campo magnético) en casi dos órdenes de magnitud.
Debido a esto, los cúmulos de electrones, prácticamente sin superponerse, se desplazan hacia la pared izquierda de la cámara, donde se ubica una cámara proporcional multihilo con (generalmente) pad de captación de datos catódicos. Las avalanchas de iones de electrones formadas por grupos de electrones que se acercan a los cables del ánodo crean cargas inducidas en las almohadillas del cátodo. Así, las coordenadas x, y de cada grupo se miden por separado en el plano x, y, perpendicular al plano patrón (en el plano de los pads). La tercera coordenada z se mide por el tiempo de deriva del grupo de electrones desde el lugar de su formación hasta el cable del ánodo correspondiente , del cual se toma la señal correspondiente al final de la deriva.
La resolución de coordenadas de las cámaras a lo largo de los ejes x, y está determinada por la distancia desde el filamento del ánodo hasta el plano del cátodo y el tamaño de la almohadilla. Una resolución x, y típica es de aproximadamente 200 µm o un poco menos. La resolución de la coordenada z suele ser algo peor y asciende a unos 400–500 μm. Debido al modo de registro proporcional de las avalanchas causadas por grupos individuales, la cámara de proyección en el tiempo permite obtener no solo una imagen espacial de la pista (en forma de una combinación de señales electrónicas que deben procesarse de manera adecuada) , sino también para medir la pérdida de ionización específica de la partícula dE/dx. Al obtener una imagen tridimensional de una pista, las cámaras de proyección en el tiempo permiten registrar simultáneamente un gran número de pistas, es decir, eventos con una gran multiplicidad de partículas producidas.
Sin embargo, una seria desventaja de la cámara de proyección de tiempo es su gran tiempo muerto. El tiempo de deriva de un grupo de electrones sobre una distancia de 2 m es de unos 40 μs. Si ocurre otro evento durante el tiempo de deriva, las pistas de los dos eventos se superpondrán, lo que hará imposible que tengan sentido. Por lo tanto, la frecuencia promedio de registro de eventos debe ser de 1 a 2 órdenes de magnitud menor que el tiempo de deriva máximo.
Además, con cámaras de gran tamaño, la cantidad de cables de ánodo puede alcanzar varios miles y la cantidad de almohadillas, varias decenas de miles, lo que requiere una gran cantidad de dispositivos electrónicos de grabación y el uso de procesadores especiales para el análisis preliminar y la supresión de lectura de canales con cero señales.