Устройство для определения треков заряженных частиц Советский патент 1991 года по МПК G01T5/08 

тональных пучков сцинтилляционных волокон, первый и второй преобразов атели 2 и

3изображения, первый ФЭУ4, вычислитель 5 координат и блок 6 измерения энергии. На фиг. 2 представлен вид чувствительного элемента 1 сверху, т. е, по оси Z перпендикулярно чертежу, на котором видна часть первого пучка сцинтилляционных волокон 7. На фиг. 3 приведен вид чувствительного элемента 1 со стороны второго преобразователя 3 излучения, где видны торцы волокон второго пучка сцинтилляционных волокон 8. Первые ФЭУ 4 и преобразователь 2 оптически подсоединены к торЦам волокон первого пучка сцинтилляционных волокон 7, а торцы второго пучка сцинтилляционных волокон 8 подсоединены к второму преобразователю 3 изображения, Выходы преобразователей 2 и 3 подсоединены к входам вычислителя 5 координат, выход которого, а также выход первого ФЭУ

4подсоединены к блоку 6 измерения энергии.

Устройство по фиг. 5 дополнено вторым ФЭУ 9, оптически соединенным с торцами волокон второго пучка сцинтилляционных волокон 8, выход второго ФЭУ 9 соединен с третьим входом блока 6 измерения энергии.

Блок 6 измерения энергии (фиг. 6) содержит процессор СР, двухпортовое запоминающее устройство RAM, инкрементное двухпортовое запоминающее устройство RAM-INC.

Свет сцинтилляций, образуемых в процессе торможения заряженной частицы в области А (фиг, 4) чувствительного элемента 1, распределяется практически поровну по двум пучкам волокон 7 и 8. Часть его распространяется в направлениях -Y, в результате чего на входах преобразователей изображения возникают две дискретные проекции оптического образа следа частицы. Преобразование в электрический сигнал, усиление и соответствующая обработка этих сигналов позволяют определить координаты X, Y, Z - место взаимодействия частицы. Другая часть света распространяется в направлении -X и преобразуется первым ФЭУ 4 в электрический сигнал

Uj-alMaalxe- -iqiV ,

(i) где л - интенсивность света, образованная

заряженной частицей в области А;

1$ |ф |А - интенсивности света в

волокнах пучков 7 (направленных вдоль X) и 8 (направленных вдоль У);

и

1-х - интенсивность света, достигшая фотокатода первого ФЭУ 4;

X - коэффициент ослабления оптического излучения, хд - средняя координата трека частицы.

Учитывая, что энергия частицы , из (1) получим

Ux е(2)

где a, b с - константы преобразования.

Определив хд и Ux, при известной с находим Ео. В случае двухчастичного взаимодействия (в областях А и Б фиг. 4) сигнал на выходах первого ФЭУ 4 и второго ФЭУ 9 будет соответственно равен:

u-x-- --(

).

13)

Сучетом 1А . IB -g-Ев и обоз- начая и{ ,±-, uj.. 4--.и . . решая (3), получим

ЕлuU- -Uy-e-е-((л + гв)

30

40

г Uie- -ule- (

в%-()е-()

где ЕА и Ев - энергия частиц А и В.

Представляя экспоненты рядами и огра- 35 ничиваясь двумя членами разложения, получим:(

)-иг (-%хв)

А(Уа- + А-Х&) к

Е и(- У Ы-иу( В 1Чв-Ул хА- в)%

(5)

Реализация алгоритмов (2) и (5) может быть осуществлена с помощью блока б измерения энергии (фиг. 6).

Сигналы с выходов первого и второго ФЭУ 4 и 9 - Ux, UY и вычислителя 5 координат ХА, хв, уд, ув поступают на вход запоми- нающего устройства RAM и

обрабатываются в соединенном с ним процессоре СР. Выходная информация Ел.Ев с процессора СР накапливается в виде спектров в инкрементном двухпортовом буферном запоминающем устройстве RAM-INC.

В качестве преобразователей изображения и вычислителя координат можно использовать примененные в известном устройстве. В зависимости от решаемой задачи можно использовать любые спектрометрические ФЭУ, например ФЭУ-118, ФЭУ-49.

Для реализации блока измерения энергии могут быть использованы векторный (или матричный) процессор СР типа Элект- роника MT-7QM (МС-1602) двухпортовое запоминающее устройство RAM-INC (например в виде 6x16 регистров) и для накопления спектров Ед, Ев инкрементное двухпортовое запоминающее устройство RAM-INC, принцип построения которого аналогичен устройству накопления стандартного анализатора импульсов (например АИ-1024-95).

Таким образом, данные, получаемые с выходов предлагаемого устройства, достаточны для определения ЕА, Ев в соответствии с выражениями (2), (4) и (5). Так как эти выражения получены без каких-либо ограничений на параметр % I ,Хд ,#Хв (I-длина волокна), то в детекторах можно использовать практически любые сцинтилляционные материалы, даже такие, как германаты висмута и вольфраматы кадмия, которые, имея плохую прозрачность к собственному излучению, обладают высокой эффективностью регистрации, в том числе к гамма-излучению. Отсутствие ограничений на I позволяет изготавливать детекторы с большой пло- щадью (большой чувствительностью). Возможность раздельной регистрации энергии в устройстве позволяет использовать его при изучении двухчастичных взаимодействий, а также при создании приборов, ис- пользующих этот эффект, например в комптоновских гамма-телескопах

Формула изобретения 1. Устройство для определения треков заряженных частиц, содержащее первый пучок сцинтилляционных волокон, оптически соединенные с его торцами с разных сторон первые фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и преобразователь изображения, вычислитель координат, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя изображения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем измерения энергии частицы независимо от длины и материала сцинтилляционных волокон, в него введены дополнительно второй пучок сцинтилляционных волокон, оптически соединенный с одним из его торцов, второй преобразователь изображения и блок измерения энергии, первый и второй входы которого соединены с выходами первого ФЭУ и вычислителя координат, выход второго преобразователя изображения соединен с вторым входом вычислителя координат, причем ряды волокон второго пучка сцинтилляционных волокон расположены между рядами волокон первого пучка ортогонально.

2. Устройство поп. 1.отличающее- с я тем, что, с целью дальнейшего расширения функциональных возможностей устройства путем регистрации двухчастичных событий, в него введен второй ФЭУ, оптически соединенный с другим.и торцами волокон второго пучка сцинтилляционных волокон, выход которого соединен с третьим входом блока измерения энергии.

Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для измерения координат треков и энергии заряженных частиц. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем измерения Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для измерения координат треков и энергии заряженных частиц. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем измерения энергии частицы независимо от длины и материала сцинтил- ляционных волокон, а также путем регистрации двухчастичных событий. На фиг. 1 представлена схема устройства вторым преобразователем излучения, т. энергии частицы независимо от длины и материала сцинтилляционных волокон, а также путем регистрации двухчастичных событий. Устройство содержит чувствительный элемент, состоящий из двух взаимно ортогональных пучков сцинтилляционных волокон. Первый фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и первый преобразователь изображения оптически соединены с торцами первого пучка волокон, расположенного вдоль оси X. Второй преобразователь излучения, подсоединенный к торцам второго пучка волокон, расположенного вдоль оси У, определяет координату X области взаимодействия частицы с чувствительным элементом. Зная координату X, коэффициент ослабления оптического излучения и амплитуду импульса первого ФЭУ, можно рассчитать энергию частицы даже для чувствительного элемента большой площади и сцинтиллятора, сильно поглощающего собственное излучение, например, герма- ната висмута. Для регистрации двухчастичных событий устройство дополняется вторым ФЭУ, соединенным с другими торцами второго пучка волокон. 1 з. п. ф-лы, 6 ил. е. по п. 1 формулы изобретения: на фиг. 2 - чувствительный элемент вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид со стороны второго преобразователя излучения; на фиг. 4 - отдельные волокна первого и второго пучков сцинтилляционных волокон; на фиг. 5 - схема устройства с вторым фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). т. е. по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 6 - схема блока измерения энергии. Устройство по фиг. 1 содержит чувствительный элемент 1, состоящий из двух OQIOо ел ю о СА ел

Г

U

(1)

(2) 5

ФШ.1

У

/А

Фиг.2

t

гЛ

Jtf

в

«

Фив Л

1659935

U5

Фиг.З

® (}) 5

Фиг. 5

от ФЗУ

От изп. коор. дин.

ВАМ

8АМ- -INC

Л

-N

СР (MC-1BQ2)

Л-1

гФиг. 8