Реперная система стримерной камеры Советский патент 1991 года по МПК G01T1/17 

Изобретение относится к устройствам для регистрации следов заряженных частиц и наиболее эффективно может быть использовано в физике эле- - ментарных частиц высоких энергий в экспериментах на ускорителях.

Цель изобретения - повышение точности измерения Координат треков частиц в стримерной камере.

На чертеже изображена реперная система стримерной камеры.

Система содержит стримерную камеру 1, сетку из единого световода 2, натянутую на жесткую ряпу 3, импульсный лазер 4, фокусирующую линзу 5 .,

Реперная система Аунк Шонирует следующим образом.

.

В момент прохождения исследуемой частицы через стримерную камеру 1 запускается импульсный лазер 4, подСД

(30

Јь

01

30 Јь

ггн чипаттцнй координатную плоскость, бразованную сеткой ni световода 2.

Лазерный луч Фокусируется линзой 5 на центр торца конца световода и - алее распространяется по керну световода к противоположному его концу. При этом вследствие поглощения и рассеяния света интенсивность светового потока, распространяющегося по керну, Q описывается приближенным соотношением

iksio pF-W+p+ybJ.

пде I - интенсивность светового по- |5

тока на торце световода; (+/5+

+ v- коэффициент ослабления све- та в световоде, зависящий от длины волны;20

с( - коэффициент рассеяния света на границе керн-оболочка ; л - коэффициент рассеяния света

в объеме керна; т- коэффициент поглощения све- 25

та в объеме керна; х - расстояние от торца световода .

Световоды состоят из центральной жилы - керна, который и является про- 30 водником света, и одной или нескольких обопочек, окружающих керн. Много- кратнре отражение света, обеепечи- вакчцее распространение света в световоде, происходит по границе.керна и 35 оболочки.

В современных световодах основные потери света, связаны с рассеянием на границе керн-оболочка, т.е. , d. -у, поэтому k с/. Рассеян- 40 ный на границе керн-оболочка и в объеме керна свет выходит из светово- да через прозрачную оболочку, причем интенсивность рассеянного света с единицы длины световода равно Д5

1р(х)-(1-1к).

Если коэффициент ослабпения света в световоде на длине волны генерации лазера относительно невелик, т.е. полняется соотношение kL «1, где L - полная длина световода, то

ir (х) 7- iok -a-I-Ј--- T--/1I const,

IO(L)

где /51 1

- относительное ослабление света, прошедшего через световод длиной L.

Q

|5

20

25

30 35

40 Д5

Q -

Т iЈi:

Lu лт

55

Это означает, что при указанных условиях сетка из подобного световода представляет собой идеальный светящийся объект, каждый элемент которого излучает изотропно и с одинаковой яркостью. Таким образом, при достаточной мощности светового излучения лазера сетка координатной плоскости может быть сфотографирована одновременно с треками частиц.

Необходимая для фотографирования мощность лазера- определяется следующими соображениями. Для регистрации любого светящегося объекта в стример- ной камере его яркость должна быть по крайней мере не меньше яркости стримеров на треке частицы. Обычно длина стримеров составляет не Менее 3-5 мм, диаметр около 1 мм, а ность световой -энергии в объеме стримера не менее JO1 фотон/см3 . Таким образом, яркость поверхности стримера ic ) 1Э фотон/см2 . Для фотографирования координатной плоскости из световода с лазерной подсветкой необходимо ip/d,ic, т.е. icLd

лГ

где d - диаметр световода..

Современные стримерные камеры имеют чувствительный объем -/1 м3, поэтому для координатной плоскости размером 1x1 м2 и шага сетки 10 см м, что при мм и Д1 10% дает 1 l 6 квантов или полную энергию светового импульса и 5-10 мДж ( Ј- энергия светового кванта, для видимого света giZ-З эВ), Соответствующая мощность лазера составляет W кВт - 1 МВт при длительности лазерного импульса 10 с. Этим требованиям отвечают, например, Na-лазеры ЛГИ-21 ( кВт), ТИП-4 ( кВт), ЛГИ-503 (W 320 кВт), лазеры на кравителях серии ЛЖИ (W 55-500 кВт) и другие серийные лазеры, а также лабораторные малогабаритные лазеры на поперечном разряде в молекулярном азоте (W .- 1 МВт) .

Сравнительно большая требуемая светорая энергия определяет и необходимость фокусирующей линзы 5. Дело в том, что обычно диаметр нитей координатной плоскости не превышает 1 мм, В противном случае ухудшается точность ггоче лгческого и фотографического измерений координат элементо сетки, особенно ее узлов. Это приводит к соответствующему ухудшению точности измерений координат треков частиц. При диаметре световода 1 мм диаметр внутренней его части - керна, захватывающего свет, составляет 200-300 мкм. В то же время, диаметр луча современных hasepos непосредственно на выходе излучателя не менее 2-3 мм и возрастает на 2-20 мм на каждый метр расстояния от излучателя Таким образом, при отсутствии фокусирующей линзы керн захватывает менее 0,1-1% светового потока и требуется чрезмерно большая мощность лазерного излучения ,0,1 -1 ГВт . Фокусное расстояние линзы выбирают из следующего соотношений dЈ.d,, где dn - диаметр фокусного пятна (f - расходимость лазерного

луча;

dK - диаметр керна. Так как обычно , то для мкм f ,-/1 - 10 см. Очевидно, что для хорошей фокусировки необходимо совпадение главной оптической оси линзы, продольной оси конца световода и продольной оси лазерного излучателя.

Тип лазера и параметры световодов определяются конкретной конструкцией чувствительного объема и оптичес- кой системы, а также условиями-.фото- графирования.

Для уменьшения мощности лазера, необходимой для функционирования координатной сетки стримерной камеры, на противоположный конец световода может быть нанесено отражающее покрытие. Это позволяет уменьшить W в 1,5

5

1,9 раза (в зависимости от длины волны генерации лазера) за счет двухкратного прохождения спета по световоду .

Предлагаемая реперная система дает возможность производить одновременное фотографирование треков частиц и координатных плоскостей без ослепления оптической системы и при практически потном отсутстрии рассеянного светового фона. Это улучшает качество получаемых фотографий1 и в конечном итоге повышает точность измерения координат треков частиц.

Формула изобретения

1. Реперная система стримерной камеры, состоящая из реперной сетки, натянутой на жесткую раму, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения координат треков частиц, сетка выполнена из единого световода, перед одним из концов которого расположен импульсный лазер, а между концом световода и лазером установлена фокусирующая линза, фокальная плоскость которой лежит в торцовой плоскости конца световода, а главная оптическая ось совпадает с осью лазера, полная длина световода L связана с коэффициентом k ослабления света в свето- воде на длине волны генерации лазера

соотношением kL«1.

2, Реперная система по п. 1, отличающаяся тем8 что, с лью уменьшения мощности лазера, на противоположный от линзы конец световода нанесено отражающее покрытие.

J r Г -O x

yCLj

Изобретение относится к трековым детекторам с фотографическим съемом информации и наиболее эффективно может быть использовано в физике элементарных частиц высоких энергий в экспериментах на ускорителях. Целью изобретения является повышение точности измерения координат треков частиц. Координатная плоскость оптической системы стримерной камеры выполнена в виде жесткой рамы с натянутой на нее сеткой иэ единого световода. Перец одним из концов светопо- да размещена фокусггруклцая лшпа, фокусирующая на торец световода луч импульсного лазера. Лазер управляется системой запуска камеры. В результате рассеяния распространяющегося по световоду света сетка представляет собой равномерно светящийся объект, если выполняется условие kL «1 где k - коэффициент ослабления света в световоде, L - полная длина световода. При этом отсутствует посторонний световой фон и исключается возможность ослепления системы фотографирования, что улучшает качество получаемых фотографий. Для умень- шения мощности лазерного излучения на противоположный конец световода нанесено отражающее покрытие. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.« S