Устройство для поиска следов частиц в ядерной фотоэмульсии Советский патент 1987 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано в методике трековых детекторов при исследовании элементарных, в частности ко- роткоживущих частиц.

Целью изобретения является повышение отношения сигнала к шуму путем изменения формы освещенной области.

Интенсивность сигнала увеличена за счет уменьшения области освещения в направлении, перпендикулярном прямому следу частицы, при той же полной интенсивности освещающего пучка света. Интенсивность шума уменьшена за счет того, что участки ядерной фогодмуль- сии, ранее освещаемые сходящимся пучком света, теперь стагш неосвещенными. При этом длина освещаемой части прямого следа осталась без изменения и информативность измеряемых данных осталась прежней.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит систему формирования сходящегося пучка света,собирающую цилиндрическую линзу 2,систему 3 поворота собирающей цилиндрической линзы, систему 4 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, мезооптический зеркальный элемент 5 с кольцевым откликом, блок 6 переноса мезооптических изображений прямых следов частиц, блок 7 формирования фотоэлектрических сигналов, систему 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изображений прямых следов частиц и блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, блок 9 записи данных.

Лучи света, дифрагированные на прямом следе частицы в ядерной фотоэмульсии, попадают на мезооптический зеркальный элемент 5 с кольцевым откликом, отражаются от него, переносятся блоком 6 переноса мезооптических изображений и преобразуются в блоке 7 в фотоэлектрический сигнал. В

10

Устройство работает следующим образом.

Включают систему 1 формирования сходящегося пучка света, систему 4 перемещения и контроля положения ядер ной фотоэмульсии, блок 7 формирования фотоэлектрических сигналов, систему 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изображений и блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, а также блок 9 записи данных.

При поиске прямых следов частиц 15 заданной ориентации производят следующие процедуры. Сначала устанавливают на заданный угол ориентации искомых прямых следов частиц систему 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изображений и .блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, собирающую цилиндрическую линзу 2 устанавливают при помощи системы 3 поворота таким образом, 25 чтобы образующая собирающей цилиндрической линзы 2 была параллельна искомым прямым следам частиц в ядерной фотоэмульсии. Систему перемещения и

контроля положения ядерной фотоэмуль- 30 сии настраивают так, чтобы направле20

35

40

45

ние движения ядерной фотоэмульсии образовывало угол, близкий к 90° относительно ориентации искомых следов частиц. В блок 9 записи данных поступает информация о всех прямых следах частиц, которые образуют веер направлений относительно заданной с углом U0. При этом угол Л0 связан с малой осью освещенной области d , имеющей форму эллипса в сечении, перпендикулярном оптической оси устройства, и большой осью эллипса d., равной диаметру поля зрения D в прототипе, связаны неравенства . В противном случае сигнал от прямых следов частиц будет изменяться в зависимости от угла ориентации. В случае, если это условие выполнить нельзя без уменьшения отношения сигнала к шуму, то всю указанную вьше процедуру поблок 9 записи данных поступают фото-50 вторяют при новой ориентации уст- электрические сигналы, данные о поло- ройства, отличающейся от исходной на жении ядерной фотоэмульсии из системы угол s лб . Если необходимо получить 4 и данные об угле поворота из сие- данные о прямых следах частиц двух темы 8 поворота и контроля положения или трех ориентации, процедуру поблока 6 переноса мезооптических изоб-55 вторяют необходимое число раз. ражений прямых следов частиц и блока Суть предлагаемого устройства в 7 формирования фотоэлектрических том, что в нем увеличена в несколько сигналов.раз абсолютная доля дифрагированного

Устройство работает следующим образом.

Включают систему 1 формирования сходящегося пучка света, систему 4 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, блок 7 формирования фотоэлектрических сигналов, систему 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изображений и блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, а также блок 9 записи данных.

При поиске прямых следов частиц 5 заданной ориентации производят следующие процедуры. Сначала устанавливают на заданный угол ориентации искомых прямых следов частиц систему 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изображений и .блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, собирающую цилиндрическую линзу 2 устанавливают при помощи системы 3 поворота таким образом, 5 чтобы образующая собирающей цилиндрической линзы 2 была параллельна искомым прямым следам частиц в ядерной фотоэмульсии. Систему перемещения и

контроля положения ядерной фотоэмуль- 0 сии настраивают так, чтобы направле0

5

0

5

ние движения ядерной фотоэмульсии образовывало угол, близкий к 90° относительно ориентации искомых следов частиц. В блок 9 записи данных поступает информация о всех прямых следах частиц, которые образуют веер направлений относительно заданной с углом U0. При этом угол Л0 связан с малой осью освещенной области d , имеющей форму эллипса в сечении, перпендикулярном оптической оси устройства, и большой осью эллипса d., равной диаметру поля зрения D в прототипе, связаны неравенства . В противном случае сигнал от прямых следов частиц будет изменяться в зависимости от угла ориентации. В случае, если это условие выполнить нельзя без уменьшения отношения сигнала к шуму, то всю указанную вьше процедуру по0 вторяют при новой ориентации уст- ройства, отличающейся от исходной на угол s лб . Если необходимо получить данные о прямых следах частиц двух или трех ориентации, процедуру попучка света на прямом следе частицы без изменения информативности измеряемых данных о прямом следе части- ць1, таких, как разрешение по углу или разрешение по радиальной координате. Одновременно в несколько раз уменьшена освещенная область ядерной фотоэмульсии. В результате существенно

увеличивается отношение сигнала к шу- . сделать, если d, подчинено условию му. Вытекающее из этого обстоятельства уменьшение интервала углов д О не. г .

приводит к каким-либо отрицательным эффектам, так как съем данных в предлагаемом устройстве можно вести во сем интервале углов 0 от О до 180 , если одновременно noBOpa4HBatb систему 3 поворота цилиндрической линзы 2 и систему 8 поворота блоков 6 и 7.

Техническое преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что оно обладает более высоким отношением сигнала к шуму, чем известное.Оценим коэффициент повьшения отношения сигнала к шуму. Пусть диаметр поля зрения устройства ,5 мм, а расстояние от ядерной фотоэмульсии до мезооптического зеркального элемента с кольцевым откликом равно мм. Это значит, что ширина узкой полоски дифракционного изображения прямого следа частицы в месте расположения мезооптического зеркального элемента

л с кольцевьт откликом ,15 мм

для длины волны света Л 0,5 мкм. При этом указанная полоска простирается от внутреннего радиуса мм до внешнего радиуса мм. По мере уменьшения малой оси d, освещенной области в форме эллипса дифракционное пятно вытягивается вдоль узкой полоски дифракционного изображения. В пределе, когда ее длина станет равной 30 мм (Квц), на мезооптический элемент с кольцевым откликом начинает попадать край прямого пучка света. Чтобы этого не произошло, необходимо, чтобы d,/D7u/Rg или d, a,D/Rgy . Для ,15

Для X 0,5 мкм получаем d,5 мкм. 0т15

20

сюда вытекает третье ограничение: (S/N),,g ilOO: 1. Так как третье ограничение не отличается от второго, то нет необходимости вводить мезооп- тическую цилиндрическую линзу. Итак

(S/N) «50:1. Это - первое преимущеолтство.

Вторым техническим преимуществом предлагаемого устройства является то, что требование на абсолютную ин- 2g тенсивность пучка света в системе формирования сходящегося пучка света ослаблено примерно во столько же, во сколько увеличивается отношение сигнала к шуму, т.е. примерно в 50 раз.

30

Формула изобретения

Устройство для поиска следов частиц в ядерной фотоэмульсии, содержащее систему формирования сходящегося

35 пучка света, систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, мезооптический зеркальный элемент с кольцевым откликом, блок переноса мезооптических изображений пря мых следов частиц, блок формирования фотоэлектрических сигнгшов, систему поворота и контроля положения блока переноса мезооптических изображений прямых следов частиц и блока форми рования фотоэлектрических сигналов, а также блок записи данных, о т л .и- чающее.с я тем, что, с целью повышения отношения сигнала к щуму

мм, ,5 мм, R,30 мм

он

путем изменения формы освещенной обполучаем ограничение d, 2,5 мкм. Та- 50 ласти, в устройство введены дополни- ким образом, коэффициент повьш1ения от- тельно собирающая цилиндрическая линза и система поворота собирающей цилиндрической линзы относительно оптической оси устройства, при этом соби- ется физическим ограничением на 55 рающая цилиндрическая линза располо- (S/N),. Вторым ограничением являет- жена между системой формирования схо- ся ограничение, вытекающее из разброса дящегося пучка света и.ядерной фотоугла U б заданных ориентации прямых эмульсией.

ношения сигнала к шуму в предлагаемом устройстве ограничен сверху значением (S/N) D/d, « 200:1. Это являследов частиц. Обычно Л 9 П,01 рад, и поэтому нецелесообразно брать d,/D 0,01 .Отсюда получаем второе ограничение (S/M) -с 100:1 .Надо учесть также то,что если собирающая цилиндрическая линза 2 не является мезооптической, то при толщине эмульсии ,2 мм равномерное освещение по глубине можно

Для X 0,5 мкм получаем d,5 мкм. 0т

сюда вытекает третье ограничение: (S/N),,g ilOO: 1. Так как третье ограничение не отличается от второго, то нет необходимости вводить мезооп- тическую цилиндрическую линзу. Итак

(S/N) «50:1. Это - первое преимущеолтство.

Вторым техническим преимуществом предлагаемого устройства является то, что требование на абсолютную ин- тенсивность пучка света в системе формирования сходящегося пучка света ослаблено примерно во столько же, во сколько увеличивается отношение сигнала к шуму, т.е. примерно в 50 раз.

Формула изобретения

Устройство для поиска следов частиц в ядерной фотоэмульсии, содержаее систему формирования сходящегося

пучка света, систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, мезооптический зеркальный элеент с кольцевым откликом, блок переноса мезооптических изображений прямых следов частиц, блок формирования фотоэлектрических сигнгшов, систему поворота и контроля положения блока переноса мезооптических изображений прямых следов частиц и блока формирования фотоэлектрических сигналов, а также блок записи данных, о т л .и- чающее.с я тем, что, с целью повышения отношения сигнала к щуму

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано в трековых детекторах при исследовании элементарных, в частности короткоживущих частиц. Цель изобретения - повьшение отношения сигнала к шуму путем изменения формы освещенной области. Устройство содержит систему формирования сходящегося пучка света, собирающую цилиндрическую линзу с системой ее поворота вокруг оптической оси уст.ройства, мезооптический зеркальный элемент с кольцевым откликом, блок формирования фотоэлектрических сигналов, систему перемещения ядерной фотоэмульсии, систему поворота блока формирования фотоэлектрических сигналов и блок записи данных. При работе устройства собирающую линзу устанавливают таким образом, чтобы образующая линзы была параллельна искомым прямым следам частиц в ядерной фотоэмульсии. За счет этого увеличивается доля дифрагированного пучка света на прямом следе частицы, одновременiHO в несколько раз уменьшается освещенная область ядерной фотоэмульсии. 1 ил. (Л W4 сл со 05

Редактор Э.Слиган

Составитель С.Кондратенко Техред Л.Сердюкова

Заказ 4433/50 Тираж 730Подписное

ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

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

Корректор А. Тяско