Стереоустройство для просмотра ядерной фотоэмульсии Советский патент 1991 года по МПК G01T5/02 

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано при исследовании свойств короткожи- вущих элементарных частиц на пучках нейтрино от ускорителя.

Цель изобретения - повышение точности измерения Z-координаты и угла погружения &i прямого следа частицы.

На фиг. 1-4 изображено стереоустрой- ство.

На фиг. 1 обозначены 1 - источник кол- лимированного пучка света; 2 - положительная мезооптическая цилиндрическая линза (вместе с расширителем); 3 - система поворота и контроля угла поворота положительной мезооптической цилиндрической линзы (вместе с расширителем); 4 - иммерсионные

элементы систем освещения; 5 - система перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии; 6 - иммерсионные элементы системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц; 7 - система формирования мезооптических изображений прямых следов частиц; 8 - фотоприемник; 9 - система поворота и контроля угла поворота системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц; 10 - блок обработки сигналов на выходе ПЗС; 11 - блок отображения и записи данных

Лучи света из источника 1 проходят через цилиндрический расширитель и положительную цилиндрическую линзу 2, иммерсионный элемент 4 и образуют в месOs

ю

00

о

кэ ел

те расположения ядерной фотоэмульсии (ЯФЭ) освещенную область, плоскость которой наклонена под углом Ј к оси симметрии стереоустройства и толщина которой равна:

d

где Я - длина волны света;

А - числовая апертура положительной мезооптической цилиндрической линзы 2.

Для Я 0.5 мкм, А 0,4 d 1,2 мкм. Глубина фокуса Hi линзы 2 равна или несколько больше h/cos Ј , для h - 0,2 мм, Ј - 45° Hi 0,3 мм. По условию освещенная область перпендикулярна побочной оси со- отпе стаующего мсзооптическо о элемента, формирующего мезооптическое изображение прямот) следа частицы. По эюй причине здесь не возникает проблемы глубины резкогти

Принцип действия предлагаемого стерео- устройства пояснен на фиг. 2 и 3. Две освещенные облает изображены пересекающимися п пределах объема ядерной фотоэмульсии На фиг 2 две освещенные области при помощи системы 3 ориен ированы гак, что линия пересечения двух освещенных областей паелле 1,,нэ следу частицы А, который идет параллельно медианной плоскости ядерной фотоэмульсии и имев угол погружения 0/ 0.

Чтобы построить освещенные области на ел од част мы В плоскости освещенных областей поворачивают при помощи системы о на угол так, что плоскости освещенных областей пересекаются на линии, которая идет под улом погружения вг 0. В этих условиях след частицы А никогда не будет освещен на всю длину, ни в левом, ни в правом плече стереоустройства (фиг. 3).

Гак как освещенная область теперь наклонена относительно исходного положения, то для эффективного наблюдения мезооптического изображения следа частицы В необходимо повернуть на тот же угол систему 7 формирования мезооптических изображений прямых следов частиц при помощи системы 9, оставив в исходном положении иммерсионные элементы 6. Освещенная область будет перпендикулярна побочной оси системы 7. Система 7 формирования мезооптических изображений прямых следов частиц производит развертывание мезоопгических изображений следов частиц в пределах фокального кольца системы 7 в соответствии с их ориентацией в пределах освещенной области. Фотопри

емник 8 на основе ПЗС настроен на регистрацию только заданного интервала углов ориентации прямого следа частицы, например, в пределах ±1°. Такая селективность

5 приводит к высокому отношению сигнала к шуму. Система 7 видит только прямые следы частиц, а любые большого размера объекты или сильно искривленные следы частиц не видны вообще.

10 На фиг. 4 показано реальное расположение двух освещенных областей для левого (L) и правого (R) плеч стереоустройства. Рассмотрим во времени прохождение искомых следов через две освещенные области.

15 След К пройдет через освещенную область левого плеча в момент времени ti и через освещенную область правого плеча - в момент времени ti . Разность указанных моментов времени Ati tiR-tiL однозначно

20 связана с Z-координатой следа частицы Zi. Аналогично происходит прохождение второго искомого следа в другие моменты времени t2 и t2 . Разность At2 t2R-t2 определяется Z-координатой следам частицы

25 7.2. Так как толщина освещенной области а реальном стереоустройстве равна 1,2 мкм в соответствии с соотношением (1), то погрешность в оценке Z-координаты прямого следа частицы составляетAZ ,2 1,7мкм.

30 Левое и правое плечи стереоустройства не создают никаких перекрестных помех, так как левая система 7 не видит освещенную область правого плеча стереоустройства

35 Максимальная разность времени At между двумя сигналами, создаваемыми одним и тем же искомым следом частицы, равна:

At

i№

cos

(2)

где v - скорость перемещения ядерной фотоэмульсии;

G - расстояние между центрами двух освещенных областей;

h - толщина слоя фотоэмульсии; Ј - угол наклона освещенных областей к оптической оси стереоустройства.

Если прямой след частицы идет параллельно левой освещенной области, но не идет параллельно правой освещенной области, то мезооптическое изображение в правом плече стереоустройства не возникает,

вернее, его амплитуда ниже уровня дискриминации. Если через время Дгмакс после появления сигнала в левом плече стереоуст- ройства в правом плече не возникает сигнала, то в блоке 10 обработки сигналов на

выходе ПЗС информация о прохождении прямого следа частицы через левую освещенную область стирается и в блок 11 отображения и записи данных не поступает. Если же след имеет заданную ориентацию по углу ftcv в плоскости ядерной фотоэмульсии и по углу погружения $z, то сигналы возникают в обоих плечах стереоустройст- ва. При этом Х-координата обнаруженного следа частицы определяется средним моментом прохождения

to

tL+tR

В реальном стереоустройстве вместо моментов времени t фиксируются координаты положения системы 5 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии.

Стереоустройство работает следующим образом.

Включают источники коллимированных пучков света, систему 5 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии фотоприемники 8, блоки 10 обработки сигналов и блок 11 отображения и записи данных. Затем устанавливают ядерную фотоэмульсию (ЯФЭ) в рабочее положение По данным целеуказаний, полученном в гибридном спектрометре частиц устанавливают в заданное положение при псмор и систем 3 положительные мезоопт . ческие цилиндрические линзы 2. Поворачивают в рабочее положение, определяемое углам. и 6%, систему 7 при помощи систем-1 9 и начинают просмотр ядерной фотоэмульсии с целью поиска следов частиц заданной ориентации. Так как фон в предлагаемом C fe- реоустройстве сильно подавлен, то прг.-цегг поиска можно вести со скоростью до 20 мм/с, которая соответствует производк- тельности 20 мм2/с или 12 см2/см

После нахождения искомого следа частицы переходят к поиску другого следа час- тицы. Для этого заново настраивают положительные мезооптические цилиндрические линзы 2 и систему 7 формирования мезооптических изображений вместе с фотоприемником 8.

Предлагаемое стереоустройслзо обладает очень острой настройкой по углу погру- жения &i и одновременно по углу ориентации #xv. Это есть следствие того, что предлагаемое устройство дает высокую точность измерения Z-координаты и угла погружения 9z прямого следа частицы. Последняя характеристика достигнута благодаря тому, что освещенная область

имеет толщину 1,2 мкм и Стереоустройство может эффективно работать при угле Ј 45°, благодаря тому, в каждом плече наблюдается только одно мезооптическое 5 изображение прямого следа частиц, а именно то, которое находится ближе к оптической оси стереоустройства.

Кроме указанных выше метрологических характеристик, предлагаемое стерео10 устройство позволяет вести поиск следов частиц в ядерной фотоэмульсии со скоростью до 10 см /мин

Формула изобретения Стереоустройство для просмотра ядер15 ной фотоэмульсии, содержащее систему освещения ядерной фотоэмульсии, две системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц, два фотоприемника на основе прибора с зарядо20 ьой связью (ПЗС), систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, блоки обработки сигналов на выходе ПЭС, блок отображения и записи данных, при этом система освещения ядерной фото25 эмульсии и системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц содержат иммерсионные оптические элементы с плоскими и сферическими поверхностями отличающееся тем, что,

30 с целью повышения точности измерения Z- котрдина ы и угла погрузчик 0z прямого спедз астиды система ос вещени ч тарной фотоэмульсии выполнена т виде дву автономных систем формирования с одящо10ся

ЗЬ пучка света i ждал автономная система Формировании сходящегося г. чка света со- аержит попожитп ч кую мезооптическую цилиндрическую ;1ин:-«у, систему г оборота и и.нтроля угла поворота положительной ме40 зооптической цилиндрической линзы, глубинафокусаположительнойцилиндрической мезооптической линзы Hi выбран из-условия Hi h/cos Ј , где h - толщина слоя ядерной фотоэмульсии, Ј 45 угол между осью сходящегося пучка света и осью симметрии стереоустрюйства, прямолинейная направляющая каждой положительной мезооптической цилиндрической линзы ориентирочана параллельно искомо50 f- , следу чяотицы оптические оси двух сходящихся пучков саета пересекаются в области, которая находится вне, например ниже слоя ядерной фотоэмульсии, левая (правая) система формирования мезоопти55 ческого изображения прямого следа частицы содержит систему поворота и контроля угла поворота вокруг оси, которая совпадает с осью левого (правого) сходящегося пучка света, побочная оптическая ось левой (прявой) системы формирования мезооптиче-номной системой формирования сходящеского-изображения прямого следа частицыгося пучка света, и проходит через центр

ориентирована перпендикулярно медиан-указанной левой (правой) освещенной обланой плоскости левой (правой) освещеннойсти,

области, формируемой левой (правой) авто- 5

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц Цель изобретения - повышение точности измерений положения прямого следа частицы в ядерной фотоэмульсии Стереоустройство содержит две автономные системы освещения оси которых пересекаются вне слоя ядерной фотоэмульсии каждая автономная система освещения содержит положительную мезооптическую цилиндрическую линзу и систему поворота и контроля угла поворота положительной мезооптической цилиндрической линзы, две системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц побочная оптическая ось левой (правой) системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц ориентирована перпендикулярно медианной плоскости левой (правей) освещенной области формируемой левой (правой) автономной системой формирования схпдящегося пучка света, и проходит чеоеэ центр левой (правой) освещенной области. Устройство позволяет вести поиск следов частиц в ядерной фотоэмульсии со скоростью 10 4 ил (/ С

Фиг.2.

/ /

h

§

, О

V

f ft v

Фиг. Ч

Фиг.З

z,