Tidsprojektionskammaren ( TPC ) är en kombination av drift- och proportionella kameror . Dessa kameror är det mest mångsidiga verktyget inom högenergifysik, eftersom de gör det möjligt att erhålla en tredimensionell elektronisk bild av ett spår med en jämförbar rumslig upplösning i alla tre koordinaterna. Utformningen av tidsprojektionskameran visas schematiskt i figuren. I huvudsak är det en kombination av drift- och proportionella kammare. I driftvolymen fylld med gas skapas ett enhetligt elektriskt fält med hjälp av ytterligare elektroder mellan två vertikala plan som begränsar kammarens volym.
Spåret för en relativistisk laddad partikel som korsar kammarvolymen består av en kedja av joniseringskluster . Varje kluster innehåller en primär joniseringselektron och (för det mesta) från noll till 3-4 sekundära joniseringselektroner som visas på spår av primär jonisering δ elektroner . Antalet kluster per längdenhet är litet - det är lika med antalet primära joniseringshändelser och, till exempel, för argon är cirka 30 stycken per 1 cm vid atmosfärstryck. Således är det genomsnittliga avståndet mellan kluster cirka 330 μm. Storleken på klustret är liten i jämförelse med detta värde, eftersom δ-elektronerna genomgår kraftig spridning under jonisering av ämnet. Således börjar separata elektronkluster som innehåller från 1 till 5 elektroner, rumsligt separerade från varandra, att driva från spåret i riktning mot det elektriska fältet. Eftersom avståndet över vilket elektronerna driver är stort - upp till 2 m - kommer diffusionen av elektroner över ett sådant driftgap att leda till överlappning av enskilda kluster. Detta händer inte om ett tillräckligt starkt magnetfält appliceras parallellt med det elektriska fältet, i vilket sådana kamrar som regel fungerar, eftersom magnetfältet gör det möjligt att mäta partikelns rörelsemängd enligt formeln
rs = 300 HRdär p är partikelns rörelsemängd, GeV/c; c är ljusets hastighet, m/s; H är magnetfältets styrka, Gauss; R är krökningsradien för banan, m.
Appliceringen av ett magnetfält med en styrka B = 15000 Gauss gör det möjligt att reducera diffusionen av elektroner i riktningen tvärs riktningen för deras drift (och magnetfältsvektorn) med nästan två storleksordningar.
På grund av detta driver elektronklustren, praktiskt taget utan att överlappa varandra, till kammarens vänstra vägg, där en flertråds proportionell kammare med (vanligtvis) katodisk dataupptagningsenhet finns. Elektronjonlaviner som bildas av elektronkluster som närmar sig anodrådarna skapar inducerade laddningar på katodkuddarna. Således mäts x, y-koordinaterna för varje kluster separat i x, y-planet, vinkelrätt mot mönsterplanet (i plattornas plan). Den tredje koordinaten z mäts av avdriftstiden för elektronklustret från platsen för dess bildande till motsvarande anodtråd , från vilken signalen som motsvarar slutet av driften tas.
Koordinatupplösningen för kamerorna längs x, y-axlarna bestäms av avståndet från anodtråden till katodplanet och storleken på dynan. En typisk x, y-upplösning är cirka 200 µm eller något mindre. Z-koordinatupplösningen är vanligtvis något sämre och uppgår till cirka 400–500 μm. På grund av det proportionella inspelningsläget av laviner orsakade av enskilda kluster, gör tidsprojektionskameran det möjligt att inte bara få en rumslig bild av spåret (i form av en kombination av elektroniska signaler som bör bearbetas på ett lämpligt sätt) men också för att mäta den specifika joniseringsförlusten för partikeln dE/dx. Genom att erhålla en tredimensionell bild av ett spår tillåter tidsprojektionskameror att samtidigt spela in ett stort antal spår, det vill säga händelser med en stor mängd producerade partiklar.
En allvarlig nackdel med tidsprojektionskameran är dock dess stora dödtid. Drifttiden för ett elektronkluster över ett avstånd av 2 m är cirka 40 μs. Om en annan händelse inträffar under drifttiden kommer spåren för de två händelserna att överlappa varandra, vilket gör det omöjligt att förstå dem. Därför bör den genomsnittliga frekvensen av händelseregistrering vara 1–2 storleksordningar mindre än den maximala drifttiden.
Dessutom, med stora kammarstorlekar, kan antalet anodrådar nå flera tusen, och antalet kuddar - flera tiotusentals, vilket kräver en mycket stor mängd inspelningselektronik och användning av speciella processorer för preliminär analys och undertryckning av läsa kanaler med nollsignaler.