Вершинный детектор частиц Советский патент 1984 года по МПК G01T5/06 

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может быть использовано при исследовании свойств i частиц с временем жизни 1Cr i0tSc.. В физике частиц высоких энергий используют, так назьшаемые, вершинные детекторы , частиц, основным узлом которых является пузырьковая ка мера. Размер элемента трека в ней равен 10 мкм. Вершинный детектор частиц предназначен для того, чтобы зафиксировать вершину ядерного взаи модействия с пространственным разр шением 10 мкм. Анализ частиц ведут при помощи стримерных камер и быстродействующих проволочных детекторо I Однако фотообъектив, дающий разрешение около 10 мкм, обладает глубиной резкости всего 200 мкм. Это ничтожно мало по сравнению с требуе мой глубиной резкости в вершинном детекторе частиц, равной 100 мм. По этой причине был использован гологр фический метод съема информации 1 Однако при восстановлении голограмм создает трехмерную картину, при считьшании которой возникает вновь проблема глубины резкости, указанная Bbmie. Устройств для считывания информации с голограмм трекового события в настоящее время не сущест вуе,т. . Известна кольцевая апертура в акустоскопии, которая выполнена в виде кольцевого ультразвукового пре образователя, например, пьезоэлектрического 2 . Этот преобразователь излучает ультразвуковое поле, а затем принимает отраженные волны. Так апертура дает высокое поперечное разрешение и одновременно большую глубину резкости. Принципиальными недостатками кольцевой апертуры являются малый коэффициент использова ния полной апертуры и наличие интен сивных боковых лепестков в изображе нии точечного объекта. Поэтому в оптике кольцевые апертуры не исполь зуют, и они описаны только .теоретически 3 Не использовались кольцевые апертуры также в экспериментальной ядерной физике. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее трековую кам ру, импульсные лазеры, систему форм рования скрещенных пучков света. 22 фоторегистратор с объективами и электронный блок управления . Пучки света просвечивают объем трековой камеры и на светорассеивающем экране формируют два теневых изображения треков частиц, находящихся в различных участках объема камеры, В указанном устройстве светорассеивающий экран расположен непосредственно у выходной стенки трековой камеры. Чтобы разделить изображения теневой картины, полученные под разными ракурсами, два лазера испускают свет различных длин волн, а перед объективом каждого фотоаппарата установлен светофильтр, пропускающий излучение только одной длины волны. Фотообъективы расположены так, чтобы яркость изображения на светорассеивающем экране было равномерной. Указанное устройство обладает рядом недостатков : во-первых, информация об элементах трека, лежащих на различной глубине, отображается в различных масштабах на теневом изображенииj например, если элемент трека имеет размер 10 мкм, то кружок дифракции для геометрии известного устройства составляет 0,7 мм для элемента трека на глубине 10 мм и Д,3 мм для элемента трека на глубине 60 мм| вовторых, пространственное разрешение в известном устройстве, содержащем восковой светорассеивающий экран, определяется размером неоднородности экрана и по порядку величины составляет 0,3 мм , в-третьих, известное устройство приводит к большим потерям света. При оптимальном расположении экрана и фотоаппаратов коэффициент использования света на светорассеивающем экране равен отношению площади зрачка фотоаппарата к площади светорассеивающего экрана. В известном устройстве коэффициент использования света равен О,П. Цель изобретения в том, чтобы повысить эффективность использования информации, переносимой лазерными п чками света в вершинном детекторе частиц. Указанная цель достигается тем, что в вершинном детекторе частиц, содержащем трековую камеру, импульсные лазеры, систему формирования скрещенных пучков света, фоторегистратор с объективами и электронный блок управления, диафрагма каждого объектива выполнена в виде непрозрачной шторки с кольцом для пропускания света, центр 1 ольца расположе на оптической оси, радиус кольца R и ширина кольца & R выбраны из условий0,38 41 L ti 2L Н АХ длина волны света; расстояние между трековой камерой и фоторегистраторо требуемое пространственно разрешение по объективу} требуемая глубина резкости по объекту. При этом угол между просвечивающими пучками света б берут как обыч но равным arctg где Д Z - требуемая разрешающая способность по глубине. При переходе от сплошной апертур к кольцевой количество света, попадающее в объектив, уменьшается со 100% до величины 200 А R Например, для Лх 8 мкм, L 400 м Н 100 мм, R 9,5 мм, AR 64 мкм вЬ 1,3%. На чертеже дана схема вершинного детектора частиц, содержащего треко вую камеру 1, импульсный лазер 2, систему формирования 3 двух сходящи ся пучков света, фоторегистратор 4, электронный блок управления 5, диафрагму объектива 6. Детектор работает следующим обра зом. Электронный блок 5 вырабатывает стартовый сигнал, который поступает в трековую камеру 1, импульсный лазер 2 i фоторегистратор 4. В момент, когда пузырьки сформировались до требуемого размера, объем трековой камеры просвечивается одновременно двумя импульсами света от одного импульсного лазера. После экспонирования фоторегистратор 4 переходит в предстартовое состояние. Технико-экономическое преимущество заявленного детектора над прототипом состоит в том, что он позволяет получить: более высокое разрешение изображения трека благодаря устранению эффекта дифракции света при формировании тенеграммы и благодаря переходу на изображающую оптику} однородность изображений треков по глубине рабочего объема камеры вершинного детектора частиц и высокое качество изображений ajieMeHTOB трека л, 8 мкм благодаря тому, что детектор имеет высокое пространственное разрешение и большую глубину резкости. Важным технико-экономическим преимуществом является также то, что он не требует проведения стадии считывания трехмерной сцены. Полученные негативы стереопроекций события в вершинном детекторе сразу же идут на стадию обмера. Все физические лаборатории имеют необходимое для этого оборудование в виде автоматизированных систем обработки трековых фотографий на основе вычислительной техники. Дополнительного оборудования для стадии считывания стереофотографий предлагаемое устройство не требует. Этот фактор дает косвенный экономический эффект.

ВЕРШИННЫЙ ДЕТЕКТОР ЧАСТЩ, содержащий трековую камеру, импульсные лазеры, систему формирования скрещенных пучков света, фоторегистратор с объективами и электронный блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования информации, переносимой лазерными пучками света, диафрагма казвдого объектива выполнена в виде непрозрачной шторки 1с кольцом для пропускания света, центр кольца расположен на оптической оси, радиус кольца R и ширина кольца Д R выбраны из условий 0, 2L, «т Лх i где X - длина волны света; (Л L - расстояние между трековой камерой и фоторегистратором дх - требуемое пространственное разрешение по объекту; - требуемая глубина резкости Н по объекту. с :л э э :л ю