ЧЕРЕНКОВСКИЙ СЧЕТЧИК ЧАСТИЦ Советский патент 1973 года по МПК G01T1/22 

1

Известен черенковский счетчик частиц, предназначенный для измерения спектра скоростей коллимироваиных частиц, состоит из цилиндрического радиатора, цилиндрического зеркала, подвижной диафрагмы и двух фотоумножителей. Параллельные лучи, которые испускаются частицами, проходящими через радиатор вдоль его оси, фокусируются в точку ва выходной сферической поверхности. Цилиндрическое зеркало отражает лучи, сходящиеся в кольцо на его внутренней поверхности Б точку Hia оси. Система светосброса состоит из подвижной диафрагмы. Выбор угла испускания черенковского излучения осуществляется перемещением диафрагмы и фотоумножителей вдоль оси детектора. Два фотоумножителя включены в схему совпадений, благодаря чему подавляется эффект шумов, не коррелированных во времени.

Основная трудность, с которой встречается экспериментатор прв работе с черенковским счетчиком, малая интенсивность излучения, составляющая по порядку величины около 100 фотонов на 1 см пути одноразрядной частицы. Поэтому обычно щумы фотоумножителя сравнимы по порядку величины с импульсом от черенковского излучения.

С другой стороны, кроме некоррелированных шумовых импульсов, существуют также другие причины появления фоновых отсчетов

счетчика. Так например, физический фон может быть образован ложными сигналами на выходе двух фотоумнол ителеИ, когда происходит одновременное, коррелированное выбивание фотоэлектронов с фотокатодов обоих фотоумножителей. Агентом такого процесса может быть проникающее излучение. Ирв высоком уровне последнего количества ложных сигналов такой природы может стать недопустимо большим. Ьсли индицирующее проникающее излучение состоит только из заряженных частиц, то применение системы сцинтилляционных счетчиков, включенных на антисовпадения с черенковским счетчиком, позволяет

снизить такой фон. Однако, если это гаммаквавты или нейтроны, то подобная мера оказывается малоэффективной.

К повышению интенсивности черенковского излучения ведут как увеличение толщины радиатора, так и расширение угла захвата светособирающей системы. Но одновременно с этим теряется разрешающая способность, т. е. любая операция, приводящая к увеличению интенсивности черенковского излучения, которое достигает фотоумножителя, сопровождается ухудщением разрещающей способности счетчика.

Цель изобретения - подавление входа щумов и коррелированного фона фотоумножителя при сохранении исходного углового разрешения счетчика и скорости счета полезных событий. Это достигается тем, что фокусирующая система счетчика выполнена в виде пораболического зеркала, состоящего ив набора элементарных кольцеобразных зеркал, расположенных концентрически па взаимно нараллельных концентрических осях 1качания так, что элементарное зеркало занимает одно из двух крайних положений на углу качания, а выходы двух светорегистрирующик систем включены в лротивофазе с реверсивным счетчиком электрических импульсов. Предлагаемый черенковский счетчик частиц, функционирующий по схеме дифференциального отбора черенковского излучения по углу, позволяет при прочих равных условиях дополнительно ослабить эффекты шумов и физического фона фотоумножителя. Предлагаемый черенковский счетчик характеризуется следующими показателями : существенно более высокой скоростью счета черенковских импульсов на выходе каждого из умножителей без ухудшения разрешающей способности счетчика по углу; взаимным погашением физического фона, вызванного проникающим излучением или иными агентами коррелированного вырывания фотоэлектронов в фотоумножителях; улучшенным соотношением числа полезных и фоновых импульсов, что позволяет наблюдать оолее редкие события, чем это допустимо в известном черенковском счетчике. Бее эти свойства достигаются заменой однородного цилиндрического зеркала, направляющего в систему светосбора черепковское излучение в узком интервале угла ДУ на гетерогенную многоэлементную систему, состоящую из м независимых элементарных зеркал. ha чертеже схематически изооражен предлагаемый черенковский счетчик. UH содержит цилиндрический радиатор J, гетерогенное параболическое зерка.ло светособирающие зеркала ii, 4 светоделителей 6 и 6 и фотоумн ожители 7, 8. Частица движется вблизи оси цилиндрического радиатора 1. Черенковское излучение, вышедшее из торца радиатора, попадает на гетерогенн ое .параболическое зеркало 2, разрезанное на кольцевые элементарные зеркала. ииири на кольца отвечает оптимальному угловому разрешению системы (с учетом толщины и формы и материала радиатора, сорта частицы, расходимости частиц). Элементарные кольцеобразные зеркала расположены концентрически и держатся во взаимно параллельных осях качания так, что каждое элементарное зеркало может независимо занимать одно из двух крайний положений, поворачиваясь на малый угол вокруг 7воей оси качания. Каждое из элементарных зеркал пропускает свет на одно из двух светособирающих зеркал 3 тл 4 независимо ,QT того, куда фокусируются свет в двух соседних зеркалах. Возникает две, дополняющие друг друга, гетерогенные зеркальные поверхности. Светособирающие зеркала 3 л 4 направляют далее свет в соответствуюш,ие светорегистрирующие системы, каждая из которых состоит из светоделителя 5 и 5 и нескольких фотоумножителей 7 и 8. Такая система является мультиплексной, т. е. такой, которая содержит всего один канал связи И один приемник информации, но информация, регистрируемая приемником, имеет многоканальную природу, например, поступает от нескольких датчиков. В данном случае мультиплексность означает, что фотоумножитель сосчитывает одновременно все акты прохождения частиц, черенковское излучение которых попадает в широкий ди апазон углов. Задача состоит и в том, чтобы не перепутать между собой данные, относящиеся к различным интервалам углов. Это достигается с помощью бинарного мультиплексного кодирования, например, с использованием псевдослучайной последовательности чисел g (t) (i) l, 2..., М, обладающих хорошими корреляционными свойствами. Такая последовательность должна обладать свойством циклической ортогональности, так что функция корреляции равна g(ifg(i + k)(M+l).(k}-l (1) Чтобы выполнить эти условия, достаточно выбрать последовательность g (i) изоморфной строке усеченной матрвцы из семейства матриц Адамара. Например, при числе элементарных зеркал последовательность g (i) имеет вид + 1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1, + ,(2) Всего выполняют М измерений. При этом от одного измерения к другому форма гетерогенных поверхностей, соответствующих последовательности чисел (+1) и (-1), циклически меняется. Например, если при первом ивмерении зеркала образуют рельеф в соответствии с кодом + 1, -i-1,-1,+1, +,+,-1,-1,-1, + 1, -1 о при втором измерении форма зеркал отвеает коду -1,+1, +1,1,+1, +1,+1,1,-1, -1, +1 Для выполнения операции переброса кажого элементарного зеркала из одного крайего положения в другое, служит система лектромагнитных приводов. Счетчик имеет два выхода от разных светоегистрирующих . Выходы включены в ротИВофазе с реверсивным биполярным счетиком. Измеряемый величиной является, алгебаическая разность AN(i)N + {i)-N-(i)(3) Эффект шума фотоумножителя при такой огике наблюдения подавляется нотому, что ум фотоумножителя не закодирован, и поступает прямо в счетное устройство, в то время как искомая информация - угловое распределение квантов черенковского излучения- закодирована. Поэтому отсутствует метка, которая указывала бы, в какой участок углового распределения попадает шумовой импульс. На стадии восстановления этот импульс шума «размазывается по всему наблюдаемому угловому диапазону вследствие широкополосной природы кодирующей последовательности чисел g (i). Все это приводит к тому, что эффект шума счетчика ослабевает примерно в раз.

Эффект физического фона, когда ложные импульсы в обоих фотоумножителях возникают одновременно, полностью гасит сам себя. Это происходит потому, что выходы от фотоумножителей включены взаимно в противофазе с биполярным реверсивным счетчиком (см. выражение 3).

Измеренные промежуточные данные (i) подвергают вoccтaнaiвливaюшeй обработке путем осуш.ествления операции корреляции с последовательностью чисел g (i) (см. выражение 2). Возможность обратимого восстановления исходной информации вытекает из циклической ортогональности последовательности чисел g (i) (см. выражение 1).

Пред.мет изобретения

Черевковский счетчик частиц с использованием цилиндри1ческого радиатора, оптической системы фокусировки света, системы светосбора, схем совпадений, счетчиков электрических импульсов и светорегистрируюших систем, содержащий светоделители и фотоумножители, отличающийся тем, что, с целью подавления вклада шумов коррелированного фона фотоумножителей, при сохранении исходного углового разрешения счетчика и скорости счета полезных событий, система фокусировки выполнена в виде параболического зеркала, состоящего из набора нескольких элементарных кольцеобразных зеркал, расположенных концентрически на взаимно параллельных осях качания так, что каждое элементарное зеркало занимает одно из двух крайних положений по углу качания, а выходы двух светорегистрирующих систем включены в противофазе с реверсивным счетчиком электрических

ИМПУЛЬСОВ.