Способ освещения и фотографирования следов заряженных частиц в трековых камерах Советский патент 1980 года по МПК G01T5/06 

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может быть применено для изучения ядерных взаимодействий и свойств заряженных частиц. Известен способ фотографирования следов в трековых камерах путем просвечивания ее объема двумя взаимно перпендикулярными лазерными пучками и регистрации двух картин дифракции далекого поля с дальнейшим извлечением информации из них с помощью когерентной системы обработки 1. Способ предполагает фиксацию дифракционных картин с низкими значениями контраста. При этом значительную роль играют помехи, источниками которых могут служить несовершенства оптики и камерйых стекол, а также пылинки в большом диапазоне расстояний. Близко расположенные элементы,трека дают перекрывающиеся дифракционные картины. Это ведет к ухудшению качества получаемой информации. Кроме того, фиксация картин далекого поля производится на больщом удалении L от камеры (оптимальное значение L 10 м для пузырьков размером 0,5 мм). Это обусловливает больщую громоздкость устройства (необходимо учесть, что регистрация на таком расстоянии ведется в двух взаимно перпендикулярных направлениях), которая не всегда возможна в реальных экспериментальных условиях (например, при работе камеры в зазоре магнита). Картины дифракции Фраунгофера регистрируются на пластинках, покрытых фотоэмульсией с труднодостижимыми параметрами и со значительными размерами, соответствующими величине сечения просвечивающего камеру лазерного пучка или превыщающими ее. Перечисленные обстоятельства, а также несовершенство существующих когерентных систем обработки изобра кений усложняет практическое воплощение способа. Известен также способ регистрации следов частиц, по которому объем камеры освещают двумя коллимированными пучками лазерного света, проецирующими следы частиц на фотоматериал через масштабирующие объективы, установленные в области дифракции Френеля (ближнее поле) 2. Это позволяет фиксировать теневые проекции треков с высоким контрастом. Тенеграммы, получаемые на стандартных фотопленках, обмеряют на существующих установках обработки фильмовой информации. Реализация спрсоба затрудняется необЩгШшшжЪрймёйёнййвысококачественныхмасштабирующих объективов больй ого светового диаметра (т. е. уникально астрокомической оптики). : . J „ Ближайшим по техническому решению к предлагаемому является способ оСТвёЩейия и; фотографир1)ВЯн1Р{я ГлёДйВ ёарйЖеШьгх Частиц в трековых камерах, по которому следы частиц с помощью параллельных световых лучей проецируют на экран и фотографируют с него тени, образуёмьгё элементами следов 3. Удаление экрана от следа в этом способе огранйчивается допустимыми размыванием теней элементов следа за счет реально существующей расходимости световых лучей, а также размыванием и ухудщением контраста теней элементов следа вследствие дифракционных явлений. Способ позволяет избежать искажения светлопольных проекций следов, возникающих, например, при их фотографировании с пойощью зеркальных параболоидов вращения, фокусирующих свет, прошедший сквозь камеру, в объективы фотоаппаратов. .Недостатки способа связаны с необходимостью пропускания световых пучков больЦГотошзпер ечтюгоразйера сквозь все стенки камеры (выполненной, напрШёр, в виДе -йгртеоугбльного парлЛёЖпйпедГ со всеми гранями из оптического стекла высокого j качества) 3fГЙда ТТШййбШу-гЩ камерь элементами системы освещения и фотографирования и невозможности размещения вблизи от камеры другого оборудования, что загрудняет условия проведения экспериментов. Применение способа налагает также серьезные ограничени я на размеры камеры во всех направлениях (за счет невозможности удаления экранов на расстояний 0,5 м от следа), чем значительно уменьшается возможная эффективность работыкамерь, достигаемая обычно за счет вытянутости ее по пути движения частиц (особенно в случае газонаполнённь1х камер), а также ухудшается точность определения импульсов частиц при работе в магнитном поле. Задача изготовления каморы, полностью прозрачной во всех напра влёнйях практически почти неразрешима (особейно в случае камер Вильсонаи пузырьковых камер с громоздкими Механизмами изменения давления внутри камер) Все это делает способ трудно осуществимым и ограничивает возможнбстй его реализации в физическом экс°ti WHfev;;;77 Т - - -, «....,.,-.-.-,,-, Целью изобретейия является уЙрбЩбйие способа без ухудшения качества получаемой информации. Поставленная-цель достигается тем, что в способе освещения и фотографирования проекций следов частиц в трёковЖ камерах, при котором следы частиц с помощью парадлельных световых лучей проецируют на экран и фотографируют с него тени, образуемые элементами следов, создают с помощью лазеров, излучающих в разных диапазонах длин волн, и телескопических устройств, пучки параллельных- лучей разного цвета, направляют их через две противойоложные стенки каМерь на один экран и разделяют при фотографировании с помощью светофильтров теневые проекции следов, соответствующие разным направлениям освещения. - В предлагаемом способе, в отличие от известного, световые пучки сходятся на одном экране, что ведет к упрощейию системы освещения и фотографирования, а также к освобождению значительного пространства вокруг Камеры для другой экспериментальной /техники. Снимаются ограничения на размеры камер в двух направлениях, что расщиряет возможности их применения в физических экспериментах. Значительно упрощаются конструктивные требования к каттерам в связи с переходом к одной паре оптически прозрачных стенок. Предлагаемый способ легко реализуется в устройствах для фотографирования трековых камер любых типов. При ЭТОМполупрозрачный экран может выполнять роль одной из стенок камеры. Известйо, что для получения полйой информации о пространственном расположении объекта нет необходимости фиксировать три его проекции на взаимно перпендикулярные плоскости. Обычно достаточную точность восстайовлёния координат следов частиц обеспечивают две фотографические проекции (стереопара) при угле между ними 10 - 30°. В предлагаемом способе также следует считатьоптймальньщ использование двух коллимировайнах световых пучков, один из которых направляют перпендикуляр- но к экрану, а другой под углом 10 - 30° к первому. Косоугольность второй проекции легко учитывается при расчете пространственного расположения трека. Вместе с тем, способ позволяет применять для 9свещения объШа ШMepia иТри йучка С углами между их осями от нескольких градусов до прямого и. более, т.е. позволяет работать с тремя прямоугольными проекциями, как это делается в известном способе. Таким образом, способ относительно Прост и Не ухудщ аёт каЧёСТра получаемой информации. Возможна модификация способа, по которому камёрубевШё1бт йоллимировалными световыми пучками со взаимно ортогональной поляризацией, а разделение проекций следов при фотографической регистрации осуществляют с помощью поляризационных светофильтров.

Кроме того, возможна такая модификация способа, при которой тени следов проецируют не иа пропускающий рассеивающий экраи, а на диффузно-отражающий, фотографирование же ведут со стороны падения иа экраи световых лучей.

Этот вариант способа обеспечивает еще большую компактность соответствую п/их устройств. Он наиболее применим в случае использования стримериой камеры, так как фотографирование с экрана ведется на фотопленку низкой чувствительности, и регистрация теневых проекций следов возможна прямо через объем камеры без искажений за счет фоновой засветки излучением стримеров (фоторегистрация собственного слабого свечения стримеров требует применения фотоматериалов наивысшей чувствительности).

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа; иа фиг. 2 - изображения теневых проекций треков / -частиц в стримерной камере, полученные фотографированием с воскового пропускающего (вертикальные линии - проволочки электродов). Устройство включает в себя два импульсных источника световых лучей разного цвета (или со взаимно ортогональной поляризацией) 1 и 2, объектив 3, камеру 4, рассеивающий пропускающий экран 5, светофильт-. ры б и 7 и фотоаппараты 8 и 9.

Объективом 3 лучи света от источников 1 и 2 коллимируются в два световых пучка, которые под углом друг к другу пропускают сквозь рабочий объем трековой камеры 4, в результате чего на экране 5 образуются тени элементов следов частиц. Эти изображения фотографируют с экрана фотоаппаратами 8 и 9 через светофильтры 6 и 7, каждый из которых пропускает свет, соответствующий по цвету или состоянию поляризации свету, испускаемому одним из источников 1 или 2. На фотопленках получают раздельные изображения Двух теневых проекций следов, соответствующих выбранным направлениям освещения камеры.

В качестве источников света предпочтительно применять импульсные лазеры, излучение которых легко коллимируется в пучки с относительно малой расходимостью. Эти обстоятельства, а также когерентность лазерного света позволяют получать более контрастные тени элементов следов, чем при использовании других источников света.

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Источники света: лазер на рубине ОГМ-20 (длина волны излучения Я, 694 им) и лазер на неодимовом стекле, с удвоением частоты излучения А, 530 им). Излучение лазеров расширялось с помощью отрицательных линз с фокусным расстоянием F -65 мм. Два коллимированиых световых пучка с углом между ними а 24°

формировались двумя объективами со световым диаметром D 150 мм и F 1600 мм. Световые пучки пропускались сквозь стримерную камеру с рабочим объемом 150 X X 150 X 50 мм и попадали на направленно рассеивающий восковой экран с толщиной слоя воска 0,3 мм, установленный в 7 см от камеры. Фотографирование производилось двумя фотокамерами «Зенит-Зм с объективами «Гелиос-44 иа фотопленку ФПГВ2 с чувствительностью So,8 5 0,1 ГОСТ и 0 разрешающей способностью . Светофильтры красное стекло КС-10 с коэффициентами поглощения ki ( 530 им) 10 мм и b (А 690 им) 0,016 мм-; сине-зеленое стекло СЗС-22 с ki (Л 530 нм) 0,048 мм и Ь (Л 690нм)г 3,6 .

Пример 2. Источники света: два лазера на органических красителях родомин С (л 630 нм) и кумарин (К 440 .нм), накачиваемые двумя азотными импульсными 0 лазерами АИЛ-3. Светофильтры: сине-зеленое стекло СЗС-22 с коэффициентами поглощения ki (Л 440 нм) 0,007 и k (А; 630 нм) 1,34 цм . и оранжевое стекло OC-I2 с ki (Л 440 им) 10 и k, (Л 630 нм) 0,012 мм . Фотопленка «Изопахром- 18 (So,85 120 ед. ГОСТ, R 300 ). Остальные элементы - те же, что в примере 1.

Пример 3. Источник света: рубиновый лазер ОГМ-20. Излучение лазера расщеп0 лялось на два пуча со взаимно ортогональной поляризацией с помощью поляризационной призмы-разветвителя. Пропускающий рассеивающий экран выполнен из матированного стекла, не вызывающего деполяризации света. Перед фотоаппаратами устанавливались поляризационные светофильтры. Остальные элементы те же, что и в примере 1. Во всех случаях получены снимки теневых проекций треков частиц от источника °Sr. На каждом из двух снимков, полученных одновременно, отчетливо видна одна проекция, выбираемая с помощью светофилыгра (см. фиг. 2).

Использование предлагаемого способа позволяет относительно легко осуществить фотографическую регистрацию с одного экS рана всех необходимых теневых проекций следов частиц, образуемых параллельными световыми лучами, проходящими сквозь объем трековой камеры. При этом способ не налагает ограничений на размер камеры JJ в направлении прохождения частиц, что позволяет использовать камеру с высокой эффективностью, сокращать время на выполнение эксперимента, улучшить точность определения импульсов частиц при работе камеры в магните.

Формула изобретения

1. Способ освещения и фотографирования следов заряженных частиц в трековых X

камерах, при котором следы частиц с помощью параллельных световых лучей проецируют на экран и фотографируют с него тени, образуемые элементами следов, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, созДа ют с помощью лазеров, излучающих в разных диапазонах длин волн, и телескопических устройств, пучки параллельных лучей |эазного цвета, направляют их через дйепротй вбпбложнь1е стенки камеры на один экран и разделяют при фотографировании с помощью светофильтров теневые проекции слёДов,СобТветствующие разным направлениям освещения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что создают два коллимированных световых

пучка со взаимно ортогональной поляризацией, а разделение проекций следов при фотографировании осуществляют с йомощью поляризационных Светофильтров.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют диффузно-отражающий экран, а фотографирование ведут со стороны падения на экран световых лучей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , 1. Авторское свидетельство СССР № 377721, кл. G 01 Т 5/06.

2.N. S Kozlov, N.I. М., 140, № 1, pp. 125131, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР № 158029, кл. G 01 В 15/22.