Устройство для поиска событий в ядерной фотоэмульсии Советский патент 1986 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к экспери- :ментальной физике элементарных части и может быть использовано при исследовании свойств .элементарных, в частности, короткоживущих частиц на пучках нейтрино от ускорителя.

Целью изобретения является повышение скорости получения информации о событиях в ядерной фотоэмульсии,

В.устройстве для поиска событий в ядерной фотоэмульсии блок-мезооп- тических элементов содержит рассеивающую линзу, образующие которой имеют вид руг окружности или эллипса, ось симметрии указанных образуюищх совпадает с побочной осью блока ме- зооптических элементов, входные торцы световодов установлены в месте расположения растянутых вдоль радиальной координаты изображений оптических сигналов на выходе блока мезо оптических |элементов, число М кольцевых пакетов световодов выбрано равным

М h. S i. ,

где h - толщина слоя ядерной фотоэмульсии;

° - угол, образованный побочной осевой линией блока мезоопти ческих элементов с оптической осью устройства, & - разрешение мезооптического блока по радиальной координате ( Д. d/N (d - диаметр световодов; N - коэффициент линейного увеличения вдоль радиальной координаты в мезо- оптиче ском блоке с учетом действия рассеивающей линзы) выходные торцы световодов в каждом кольцевом пакете объединены в ясгуты, число L световодов в жгуте выбрано равным L ,(S/N), где (S/N) - отношение сигнала к фоновой засветке в пределах одного световода, полное число К световодов в каждом кольцевом пакете выбрано равным , где R - радиус центрального фок;ального кольца, формируемого блоком мезоопти ческих элементов и рассеивающей лин ЗОЙ на входных торцах световодов, при этом выходы системы формирования фотоэлектрических сигналов, число ко торых равно MK/L, соединены с входами каждого из М аналоговых сумматоров электрических импульсов„ а Н выходов аналоговых сумматоров электри

ческих импульсов соединены с входами блока отображения и записи данных. Обычно отношение сигнала к фоновой засветке (S/N) не очень велико, и поэтому в реальных условиях всегда К . Устройство выполнено в соответствии с топологическим свойством мультиплицированных изображений прямых следов частиц, если последние обра 0 зуют событие.

В том случае, когда вершина события находится вблизи оптической оси предлагаемого устройства в пределах разрешения по радиальной координате,

45 1 {ультиплицированные изображения прямых следов частиц ложатся на окружность,

В устройстве входные и выходные торцы оптических световодов располо20 жены и объединены в группы и жгуты. Рассеивающая мезооптическая линза позволяет согласовать размеры мультиплицированных изображений прямых следов частиц с размером световодов

25 и тем самым фиксировать вертикальную :г-координату вершины события с высокой точностью.

Введение группировки световодов в жгуты внутри каждого кольца светово30 дов решает просто проблему шумов с использованием системы формирования фотоэлектрических сигналов только с одним уровнем дискриминации по амплитуде фотоэлектрического сигналао

В устройство введены простые и дешевые аналоговые сумматоры импульсов электрич:еского тока, в нем нет, систем формирования цифровьк сигналов (блок отображения и записи данных может быть вьтолнен в виде нецифровой системы)о

На фиг о 1 показана принципиальная схема; на фиг, 2 - схемы расположе-. НИН входньш торцов световодов, коль- цевьпх: пакетов, объединения выходных горцев световодов в жгуты.

Устройство для поиска событий в ядерной фотоэм-ульсии работает следую- образом о

Свет проходат систему формирования сходящегося пучка света I через слой ядерной фотоэмульсии, расположенной на системе перемещения и контроля положения эмульсии 2, и форми- 55 рует 13 области расположения мезооптического блока 3 Фурье-образцы про- екщ-сй прямых следов частиц, образую- ш;их событие.

35

40

45

50

Мезооптический блок 3 совместно с рассеивающей линзой 4 формируют мезо оптические сигналы прямых следов час тиц на входных торцах оптических световодов 5. Если вершина события находится на оптической оси устройства, то сигналы прямых следов частиц, образующих событие, лежат на одном и том же фокальном конце и попадают только в один из М кольцевых па кетов оптических световодов 5. Если событие содержит, например, шесть следов частиц релятивистской ионизации, а также три серых или сплошных следа частиц, ионизация в которых в шесть раз превышает релятивистскую ионизацию, то в одном из М кольцевых пакетов оптических световодов 5 возникает сигнал, величина которого в G + 6,3 24 раза превьш1ает величину сигнала от одного прямого следа частицы релятивистской ионизации. Если бы в слое ядерной фотоэмульсии не было фона, то число световодов в одном жгуте можно было взять равным полно- му числу световодов в отдельном кольцевом пакете, т.е. равным К . Наличие фона в ядерной фотоэмульсии в виде отдельных зер ен серебра и искривленных следов частиц создает фоновую засветку. Поэтому число оптических световодов 5 в одном жгуте кольцево- iro гйкета выбирают равным L (S/N), где (S/N) - отношение сигнала к фоновой засветке. Как правило, всегда L 1C . Указанное вьппе ограничение на число L позволяет использовать простейшую схему отбора сигналов всего с одним уровнем дискриминации, которая содержится на выходе системы формирования фотоэлектрических сигналов 6. В тех случаях, когда на одном кольцевом пакете сигнал формируется одним или двумя прямыми следами частиц, то их суммарная интенсивность будет ниже уровня дискриминации, и такая информация не выйдет из блока формирования фотоэлектрических сигналов 6.

Затем сигналы обрабатываются в аналоговых сумматорах 7 импульсов электрического тока и в блоках 8 отображения, и записи данных.

Если вершина события, не находится на оптической оси, а лежим на расстоянии от оптической оси, превьш1ающем разрешение мезооптического блока 3

по радиальной координате Д ,то сигнлы прямых следов частиц, образую1цих событие, попадут на кольцо, центр ,которого будет находиться на расстонии от оптической оси, превышающем диаметр световодов d. Сигналы прямы следов частиц попадут на разные колцевые пакеты, и суммирование сигналов призойдет в различных кольцевых пакетах. Результирующие сигналы будут иметь тем меньшую амплитуду,чем больше расстояние от центра кольца до оптической оси. Указанная амплитда будет максимальна только тогда, когда вершина события лежит строго на оптической оси. Эта закономерность определяет ширину полосы сканирования слоя ядерной фотоэмульсии равную или превьш1ающую в два раза разрешение мезооптического блока 3 п радиальной .координате д .

Техническое преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что оно видит только событие и не откликается на отдельные не связанные общей верошной прямые следы частиц. При этом полностью сохраняется и фиксируется z-координата вершины события, причем указанная информация поступает на выходе заявленного устройства одновременно по всей глубине слоя ядерной фотоэмульсии. Област сканирования в виде цилиндра диаметром Д и высотой h может перемещаться со скоростью, величина которой ограничена особенностями реализации системы перемещения и контроля поло - жения ядерной фотоэмульсии.

Пример. Число М кольцевых пакетов равно 40. Разрешение по Z-KO- ординате равно 5 мкм. Число жгутов в каждом кольцевом пакете K/L 10, При S/N 100 число световодов в одном жгуте выбрано равным L 96. Полное число световодов в одном кольцевом пакете равно К 10 L 960. Число М аналоговых сумматоров равно 40. Диаметр световодов равен 50 мкм. Радиус центрального фокального кольца R 7,7 мм. Коэффициент линейного увеличения по радиальной координате при разрешении мезооптического блока по радиальной координате, равном 2,5 мкм, составляет N 20. Быстродействие устройства в таком исполнении при скорости перемещения- ядерной ;фотоэмульсии, равной 10 см/с, равно :0,25 . По сравнению со скороетью ручного поиска событий, равной 3, мм /с, и при эффективности ручного просмотра, равной 20% показатель производительности труда в

данной реализации заявленного устройства в 350 раз выше, чем в ручном просмотре. Для Д 5 мкм показатель 5 пгоизводительности труда составит 700.

TSffiffl

(риз

Редактор HoCлoбoдяш к

Составитель С.Ко щратенко

Техред K.nonoBHi . Корректор А.Обручар

Заказ 3911/49Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открьпгий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.г