Голографический вершинный детектор

 

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ВЕРШИННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержащий оптически связанные: лазер, оптические системы фо мирования параллельного светового потока и изображения рабочего объема детектора,следов заряженных частиц , а также фотоприемник, о т л и чающийся тем, что, с целью повьппения точности определения координат следов заряженных частиц, уменьшения трудоемкости и улучшения условий просмотра - поиска и отбора следов частиц, в него введена оптически сопряженная с рабочим объемом детектора трехмерная координатная сетка с размерами, равными или превышаюпр1ми размеры детектора в сопрягаемых объемах, и с элементарной ячейкой , меньшей или равной по размеру зоне визуального обзора восстановленной по голограмме модели следов, причем координатная сетка выполнена в виде стопки плоскопараллельных пластинок из оптического стекла или прозрачной пластмассы с награвированными на их плоскостях линиями или отрезками линий, атакже номерами ячеек трехмерной координатной сетки.

Своз СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„Л0ы 12 105 А

Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3621596/24"25 (22) 13.67.83

-(46) 23.03.86. Бюл. У 11 (71) Объединенный институт ядерных исследований .(72) Э.В.Коэубский и И.И.Скрынь (53) 772. 99 (088 ° 8) (56) Ramseyr Е. à.î., BIBC, à High

Resolution Неагу Liguid Miniature

Bubble Chamber. Nucl. Instrum. and

Methods, 1982, V. 201, У 2/3, р.335340.

Henve А. à.î. Performance of the Holographic Bubble Chamber НОВС.

Nucl. Instrum. and Methods, 1982, V. 202, У 3, р. 4)7-426. (54)(57) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ВЕРШИННЫЙ

ДЕТЕКТОР, содержащий оптически связанные лазер, оптические системы фор

;мирования параллельного светового потока и изображения рабочего объема детектора, следов заряженных часЫ) 4 01 Т 5/06 С 03 5/00 тиц, а также фотопрнемник, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения координат следов заряженных частиц, уменьшения трудоемкости и улучшения условий просмотра — поиска и отбора следов частиц, в него введена оптически сопряженная с рабочим объемом детектора трехмерная координатная сетка с размерами, равными или превышающими размеры детектора в сопрягаемых объемах, и с элементарной ячейкой, меньшей или равной по размеру зоне визуального обзора восстановленной по голограмме модели следов, причем координатная сетка выполнена в Е виде стопки плоскопараллельных плас- уу тинок из оптического стекла или проз- ЮФ рачной пластмассы с награвированными С на их плоскостях линиями или отрезками линий, а также номерами ячеек трехмерной координатной сетки.

1 ll

11з< браTf. íèå относится к области ядерной =физики и предназначено для проведения физического эксперимента но изучению элементарных частиц и лелений релятивистской ядерной физики на основе фоторегистрации следов заряженных частиц.

Известен вершинный детектор на ос. нове прецизионных следовых камер, предназначенный для регистрации следов частиц в области вершины акта взаимодействия частиц с веществом и обеспечивающий возможность разрешения в пространстве объекта фотографирования на уровне 10 мкм и при этом в объеме глубиной порядка 1 дм. Указан( ный уровень разрешения при столь значительной глубине фотографируе-. мого объема в этих детекторах достигнут благодаря применению вместо обычной фотографической регист: ации следов частиц голографичес г:х систем их регистрации.

Однако столь высокий достигнутый уровень разрешения не определяет полностью точность измерения координат следов частиц, так как существу.ют такие источники ошибок, как дефор. мация голограммы в момент восстановления трехмерной модели зарегистрированных следов относительно ее формы в момент регистрации и другие.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному детектору является голографический вершинный детектор> содержащий оптичесКи связанные лазер, оптические системы формирования широкого параллельного светового потока света — расширитель, собственно детектор следов заряженных частиц — пузырьковую као меру, оптическую систему формирования иэображения рабочего объема детектора следов заряженных частиц, афокальную оптическую систему с телецентрическим ходом лучей в . пространствах объекта и изображения, а также фотоириемник. В таком вершинном детекторе производится регистрация сфокусированных иэображений следов частиц по схеме Габора.

Недостатком этого устройства является потеря точности измерения координат следов частиц, обусловленная отклонением формы голограммы при

Bo(:ñòàíîâëåHèè трехмерной модели зарегистрированных следов частиц

26105

55 от ее формы в момент регистрации и другими источниками искажений °

Другим недостатком является большая трудоемкость процедуры просмотра восстановленных по голограмме трехмерной модели следов заряженных частиц с целью поиска и отбора для измерения исследуемых событий. Эта трудоемкость обусловлена значительным ограничением на габариты зоны визуального обзора из-за большого увеличения оптической системы для просмотра, например порядка нескольких мм в диаметре и несколько десятых мм по глубине, в то время как подлежащий просмотру обьем составляет 1 дм, т.е. велиб чину в 10 pas большую.

Цель изобретения — повышение точности определения координат следов заряженных частиц, уменьшение трудоемкости и улучшение условий просмотра поиска и отбора следов частиц.

Цель достигается reM, что s голографический вершинный детектор, содержащий оптически связанные лазер, оптические системы формирования параллельного светового, потока и изображения рабочего объема детектора заряженных частиц, а также фотоприемник, введена оптически сопряженная с рабочим объемом детектора трехмерная координатная сетка с размерами, равными или превышающими размеры детектора в сопрягаемых объемах, и с элементарной ячейкой, меньшей или равной по размеру зоне визуального обзора восстановленной по голограмме модели следов, причем эта координатная сетка выполнена в виде стопки плоскопараллельных пластинок из оптического стекла с награвированными на их поверхностях линиями или отрезками линий, а также номерами ячеек трехмерной координатной сетки.

Сущность предложения состоит в том, что в детекторе одновременно с голограммой следов частиц на фотоприемнике регистрируется и голограмма трехмерной координатной сетки, а при восстановлении по голограмме модели следов заряженных частиц одновременно восстанавливается модель и координатной сетки. Если при восстановлении по голограмме модели следов частиц вносятся те или иные искажения, то и в модель координатной сет1126105 ки вносятся такие же искажения. Измерение искажений в модели координатной сетки дает возможность внести соот- ветствующие поправки в измерения координат следов частиц и таким образом, внеся коррекцию, повысить точность измерения координат следов частиц.

В предлагаемом техническом реше" нии трехмерная сетка охватывает весь голографируемый объем и дает возможность коррекции искажений по всему объему, Введение трехмерной координатной сетки с нумерацией ячеек и с выбором размеров ячеек, меньшими по сравнению с зоной визуального обзора, об." легчает задачу просмотра модели следов и дает возможность селективного просмотра только необходимых частей модели, если координаты этих частей известны.

На фиг.l представлена блок-схема вершинного детектора с габоровской системой регистрации голограммы сфокусированных иэображений следов заряженных частиц; на фиг.2 — две проекции трехмерной координатной .сетки, на фиг.3 †-. . блок-схема вершинного детектора с системой регистрации голограммы сфокусированных изображений следов заряженных частиц от разделенных опорного и предметного потоков света.

Представленная на фиг,l блок-схема вершинного детектора содержит импульсный лазер 1 ° систему 2 формирования широкого по сечению параллельного потока света, детектор 3 следов заряженных частиц (пузырьковую камеру), систему 4 формирования оптического иэображения следов заряженных частиц, фотоприемник (фоторегистратор голографических иэображений) 5 и трехмерную координатную сетку 6..

Конструктивное взаимное расположение перечисленных основных элементов заявляемого устройства типично для всех схем голографирования прозрачных объектов: в схеме Габора все элементы расположены в линию по пути светового потока от лазера до фотоприемника (лазер, расширитель светового потока, детектор следов заряженных частиц, система формирования изображения рабочего объема детектора следов заряженных частиц, трехмерная координатная сетка и фо55 нике 5 создается суперпозиция двух голограмм: голограммы детектора и голограммы трехмерной координатной . сетки. В устройстве, представленном на фиг.3, размеры координатной сетки и размеры голографируемой части детоприемник), а в схеме Лейта имеет место разделение светового потока на два посредством светоделителей, при этом в одном плече размещен детектор следов заряженных частиц, а в другом — трехмерная координатная сетка.

Система формирования оптического изображения следов заряженных час10 тиц выполнена на основе афокальной > оптической системы с телецентрическим ходом главных лучей в пространствах объекта и изображения, а расположение системы 4, рабочего объе15 ма детектора 3 следов заряженных частиц и трехмерной координатной сетки 6 таково, что объем следового детектора 3 является иэображением координатной сетки 6, построенным системой 4, и обратно. Ради упрощения построения на фиг.1 система 4 строит изображение объема детектора 3 в масштабе 1:l, при этом точечные объекты 7 в объеме детектора 3

25 изображаются в виде точечных объектов 8 в объеме трехмерной координат" ной сетки 6.

Как видно из построения на фиг.2 трехмерная координатная сетка 9 выполнена в виде стопки плоскопараллельных пластинок с награвированными на их поверхностях линиями в двух взаимно перпендикулярных на-. правлениях, образующих узлы пересечения. Гравировка номеров перекрестий координатной сетки ради упрощения построения не показана.

Представленная на фиг.3 блоксхема вершинного детектора содержит

40 в дополнение к узлам, представленным на фиг.l, плоские зеркала 10 и ll светоделительные пластинки 12 и 13 и экран 14.

В устройстве, изображенном на фиг.3, трехмерная сетка размещена в

45 зоне изображения детектора следов частиц, построенного светоделительной пластинкой 13» а афокальная оптическая система строит изображения и детектора 3 следов заряженных частиц и трехмерной координатной сеткн 6 в .одном месте перед фотоприемником 5, таким образом на фотоприемI I 26105

10, °

20

35

5S тектора следов заряженных частиц на ходятся в. соотношении 1:1.

Работа вершинного детектора протекает следующим образом.

В момент времени, когда в рабочем объеме детектора следов заряженных частиц сформируются следы, подлежащие регистрации, производится запуск импульсного лазера 1 и рабочий объем детектора 3 следов заряженньгх частиц освечивается коротким импульсом когерентного света с плоским фронтом волновой поверхности.

Часть укаэанного светового потока: претерпевает рассеяние на точечных объектах 7 в объеме детектора 3— пузырьках или стримерах в зависимости от типа детектора следов заряженных частиц, таким образом эти точечные объекты становятся вторичными источниками когерентного излучения, но со сферической формой волновой по" верхности. Оптическая система 4, строит изображения указанных точечных объектов 7 в объеме трехмерной координатной сетки 6 (иэображения в виде объектов 8), одновременно формируют параллельный световой поток с плоской волновой поверхностью, проходящий через указанный объем координатной сетки 6. В сетке 6 возникает интерференция плоской волны и сферических волн от. иэображений следов объектов 8 и неоднородностей в стопке пластинок с трехмерной координатной сеткой 9, в результате чего на фотоприемнике регистрируются голо"

t граммы следов объектов 8 H элементов координатной сетки 9. При восстановлении по полученной таким образом голограмме модели зарегистрированного объекта в пространстве возникнут освещенные иэображения следов частиц и трехмерной координатной сетки.

Аналогичным образом получается голограмма следов заряженных частиц и трехмерной координатной сетки -в вершинном детекторе, блок-схема которого представлена на фиг.3. Различие состоит только в том, что здесь голограмма трехмерной сетки получается по схема Габора, а голограмма следов заряженных частиц по схеме

Лейта. Как видно из построения на фиг.З зеркало ll имеет небольшой наклон относительно параллельных друг другу зеркала !Э и светоделительных пластинок 12 и 13. В результате этого наклона параллельный световой поток проходит объем детектора 3 следов заряженных частиц, светоделительную пластинку 13 и далее фокусируется передней частью системы 4 на экран 14 и потому не может достиг( нуть фотоприемника 5. На фотоприемник 5 из объема детектора 3 может попасть только свет от неоднородностей в этом объеме, т.е. от пузырьков или стримеров, точнее сферические световые волны от этих точечных объектов. Параллельный световой поток через трехмерную координатную . сетку 6 свободно проходит на светоделнтельную пластинку 13 и далее через оптическую систему 4 попадает на фотоприемник 5 вместе со сферическими волнами от неоднородностей.в сетке 6, т .е. от гравировки „ на поверхностях .стопки плоскопараплельных,пластинок. Таким образом, поверхности фотоприемника 5 достигают плоская волна, прошедшая через сетку 6, и сферические волны от точечных объектов в детекторе 3 и сетке 6. В результате интерференции этих когерентных световых потоков на фотоприемнике регистрируется голограмма следов заряженных частиц по схеме Лейта (опорный и предметный потоки разделены в этом случае) и трехмерной координатной сетки по схеме Габора (опорный и предметный потоки света проходят по общему пути в этом случае). При освещений полученной такМИ образом голограммы опорным световым потоком с плоской волновой поверхностью в пространстве воссоздается трехмерная модель следов заряженных частиц и трехмерной координатной сетки в случае применения как устройства по фиг.l, так и устройства по фиг.3.

В предлагаемом устройстве регистрация голограммы следов заряженных частиц совместно с голограммой трехмерной координатной сетки дает возможность внесения корректировки в значения координат следов частиц на основании измерений искажений в изоб, ражении трехмерной координатной сетки например, за счет некачественного вы равнивания фотопленки; воспроизведение пространственной модели следов заряженных частиц совместно с трехмерной координатной сеткой по голоll26l05

ИНИИПИ Заказ 134073 Тираж 723 Подписное .Фипиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная ° 4 грамме дает воэможность сократить . объем сканирования при поиске исследуемых событий, если известны грубые значения координат этого события по данным координатных детекторов системы селекции собы1 ий исследуемого типа.