Устройство для поиска следов частиц Советский патент 1990 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано в технике трековых детекторов при исследо- ва,нин свойств элементарных, в частности, короткоживущих частиц.

Цель изобретения - повышение точ- но|сти измерений путем уменьшения аб|ерраций в мезооптических изображениях прямых следов частиц, а также создание условий для одновременного наблюдения левого и правого мезооп- тир4еских изображений прямого следа частицы.

На фиг. 1 приведено устройство для поиска следов частиц; на фиг.2 - .хо|ц лучей в сагиттальном сечении.

Устройство содержит систему 1 фор- миЬования сходящегося пучка света, ме ооптическое зеркало 2 с образующей в виде дуги эллипса, систему 3 поступательного и вращательного перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, плоские зеркала 4 (три в каждом плече оптического интерфейса) , зеркальную призму 5, собирающую цилиндрическую линзу 6, матрицу ПЗС 7, блок 8 записи данных. Элементы (4+4+ +6+4+5) в двух плечах образуют оптический интерфейс устройства.

Ядерная фотоэмульсия просвечивается сходящимся пучком света, лучи света, дифрагированные на прямом следе частицы, попадают на мезооптическое зеркало 2 и отражаются от него, образуя два мезооптических изображения в месте расположения второго фокуса указанного мезооптического зеркала, на своем пути до второго фокуса лучи света испытывают отражение на

СП

оо

00

00

угол 90° в зеркалах 4+4+4 и в зер- i калькой призме 5, л также подвергаются фокусировке в собирающей цилиндрической линзе 6. При этом фокусиров- ка идет не в плоскости чертежа, как это показано в правой части фиг.1, а в плоскости, перпендикулярной плоскости указанного чертежа, т.е. вдоль угловой координаты, а не вдоль pa- диальной координаты, как в известном устройстве. Два мезооптических изображения искомого прямого следа частицы, левое и правое, формируются на одной матрице ПЗС 7, выходные сиг- налы с которой поступают в блок 8 записи данных, куда подают также данные о положении ядерной фотоэмульсии: координаты X,YS а также угол поворота 0w

В устройстве увеличение вдоль радиальной координаты выполняет само мезооптическое зеркало 2. Это обеспечивается тем, что расстояние по лучу света от второго фокуса эллипса до мезооптического зеркала по крайней мере в три раза больше расстояния по лучу света от первого фокуса (от прямого следа частицы в ядерной фотоэмульсии) до мезооптического зерка

ла. Поэтому необходимость в рассеивающей цилиндрической линзе, которая имелась в известном устройстве, полность отпадает. Тем самым исчезает источник аберрации и условия для их образования. Последнее следует из того, что крайние лучи света, формирующие мезо оптические изображения прямого следа частицы, сходятся под углом, который по крайней мере в три раз меньше угла захвата каждой половины мезооптического зеркала (27°) и не превышает 9°.

В предлагаемом устройстве матрица ПЗС находится на очень большом расстоянии от мезооптического зеркала. Это приводит к тому, что в сигит- тальном сечении возникает размытие мезооптического изображения. Для полного устранения указанного размытия, которое существовало в допусти мой степени в известном устройстве, введена собирающая цилиндрическая линза 6.

На фиг.2 показан ход лучей в сагиттальном сечении. Размер поля зрения вдоль прямого следа частицы равен D . Мезооптическое зеркало 2 не вносит изменений в ход лучей света

i JQjj :20

25 юеьюк о-

-30

35

40

45

50

55

то

V

в сагиттальном сечении. В отсутствие собирающей цилиндрической линзы 6 раходящиеся в сагиттальном сечении лучи света образуют в плоскости матрицы ПЗС 7 мезооптическое изображение длиной

D,D D(.

L

Собирающая цилиндрическая линза 6 уменьшает длину мезооптического изображения в сагиттальном сечении до размера

V.-.

где d0 - диаметр кроссовера сходящегося пучка света в месте расположения ме.зооптическо- го зеркала 2. Так как )/D1- I 1S

-L .Ml г-1 з). D, 13 Если 1Э(), то для D, l мм, А 0,5 мкм; мм, мкм.

Таким образом, видно, что собирающая цилиндрическая линза 6 уменьшает длину мезооптического изображения прямого следа в сагиттальном сечении с мм до мкм, т.е. почти в 70 раз.

Устройство для поиска следов частиц преимущественно в ядерной фотоэмульсии содержит систему формирова ния сходящегося пучка света, систему поступательно-вращательного перемещения и контроля положения ядерной фо- тоэмупьсии, мезооптическое зеркало с образующей в виде дуги эллипса, оптический интерфейс, содержащий плоское зеркало и зеркальную призму, фотоприемник на основе матрицы прибора с зарядовой связью, блок записи данных. При этом второй фокус эллипса, дуга которого является образующей мезооптического зеркала, расположен так, что расстояние по лучу света от второго фокуса указанного эллипса до мезооптического зеркала l в М раз больше расстояния по лучу света от первого фокуса указанного эллипса до мезооптического зеркала 11, где МЈ3. Оптический интерфейс содержит два плеча, для левого и правого мезооптических изображений искомого прямого следа (частицы. В каждое плечо оптического интерфейса введена собирающая цилиндрическая линза, прямолинейная образующая собирающей цилиндрической линзы

перпендикулярна искомому прямому спссту частицы, фокусное расстояние f указанной собирающей цилиндрической литы выбрано из условия

v1,

где 13 - расстояние по лучу зрения

от собирающей цилиндрической

линзы цо мезооптического зеркала.

Устройство для поиска следов частиц работает следующим образом.

Включают систему 1 формирования сходящегося пучка света, систему 3 поступательного и вращательного перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, матрицу ПЗС 7, и блок 8 записи данных. По заданному углу ориентации искомого прямого следа частицы устанавливают угол положения ядерной фотоэмульсии 9 так чтобы искомый прямой след частицы шел перпендикулярно главной плоскост мезооптического зеркала 2 и перпендикулярно прямолинейной образующей собир.ч.цдих цилиндрических линз 6. Б процессе поиска искомых следов частиц заданной ориентации ядерную фотопластинку перемещают вдоль X и Y координат в плоскости ядерной фотоэмульсии. В блок записи данных заносят координаты X и Y ядерной фотоэмульсии в момент времени, когда искомый прямой след частицы попадает в центр поля зрения устройства, угол положения ядерной фотоэмульсии б, а также координаты точек XTV, Yrv в пределах матрицы ПЗС 7, где возникли два мезооптических изображения найденного прямого следа частицы. По этим данным можно определить глубину залегания найденного прямого следа частицы внутри слоя ядерной фотоэмульсии.

Приме р. Мезооптическое зеркало 2 изготавливается из металла методом прецизионного алмазного точения на программно-управляемом токарном станке. Длина мезооптического зеркала 120 мм, ширина 20 мм, толщи- }ia 25 мм. Расстояние по лучу света от ядерной фотоэмульсии до мезооптического зеркала 1 65 мм, расстояние от мезооптического зеркала по лучу света до мезоолтического изображения мм, мм, фокусное расстояние собирающей цилиндрической линзы 6 мм, матрица ПЗС 7 имеет

838996

размеры мм. Диаметр поля зрения D1 1 мм, размеры мезооптического изображения прямого следа частицы: 10 мкм в меридиональном сечении и 30 мкм в сагиттальном сечении.

Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет сформировать мезооптические

;0 изображения прямого следа частицы существенно меньшего размера, чем в известном устройстве, и устранить аберрации, соэдавае.ьые в последнем рассеивающей цилиндрической линзой.

15 Зто приводит к тому, что матрица ПЗС имеет повышенное число степеней свободы и как резутьтсЧ - более высокую разрешающую способность. В предлагаемом устройстве оба мезооптичес20 ких изображения прямого следа частицы проецируются на одну и ту же матрицу ПЗС, что привод г к повышению разрешения по глубине, а такчче уменьшает время считывания информации о положении прямого следа частипы в пространстве.

25

Формула и з о б р с 1 е н и я Устройство для поиска следов час

тиц, преимущественно в ядерной фотоэмульсии, содержащее систему формирования сходящегося пучка света,систему поступательно-вращательного перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, мезооптическое зеркало с образующей в виде дуги эллипса, оптический интерфейс, имеющий плоские зеркала н зеркальную призму, фотоприемник на основе матрицы прнбора с зарядовой связью и блок записи данных, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения аберраций в мезооптических изображениях прямых

следов частиц, второй фокус эллипса, дуга которого является образующей мезооптического зеркала, расположен так, что расстояние по лучу света от второго фокуса указанного эллипса до мезооптического зеркала 1 в М раз больше расстояния по лучу света от первого фокуса указанного эллипса до мезооптического зеркала 11 , где , оптический интерфейс содержит два

плеча, для левого и правого мезооптических изображений искомого прямого следа частицы, в каждое плечо оптического интерфейса введена собирающая цилиндрическая линза, прямолиней

ная образующая собирающей цилиндрической линзы перпендикулярна искомому прямому следу частицы, фокусное расстояние f указанной собирающей цилиндрической линзы выбрано из условия

I(l3+1)(l7-l3) l/f,

где 1э - расстояние по лучу зрения

от собирающей цили 1дрической линзы до мезооптического зеркала.

Изобретение относится к технике регистрации ионизирующих излучений с помощью трековых детекторов. Целью изобретения является повышение точности измерений путем уменьшения аберраций в мезооптических изображениях прямых следов частиц. Цель достигается тем, что устройство содержит систему формирования сходящегося пучка света, систему поступательно-вращательного перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, пьезооптическое зеркало с образующей в виде дуги эллипса. Оптический интерфейс с плоскими зеркалами и зеркальной призмой, фотоприемник на основе матрицы прибора с зарядовой связью и блок записи данных. 2 ил.

Фиг/

я.Ф.а