Устройство для просмотра ядерной фотоэмульсии

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОСМОТРА ;ЯДЕРНОЙ ФОТОЭМУЛЬСИИ, содержащее рас;положенные последовательно систему формирования Фурьеобраза прямых следов частиц, систему формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц, световоды и систему формирования и записи фотоэлектрических сигналов, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности определения центра тяжести изображения прямого следа частицы, система формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц содержит оптический транспарант с позитивным изображениек спекл-структуры мультиплицированных изображений прямых следов частиц, проходящих через оптическую ось и имеющих все. возможные ориентации в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства , причем оптический транспарант «О установлен непосредственно перед входными торцами световодов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК..SU„„ аа4 С 01 Т 5/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

OllH0AHHE ИЗОБРЕтЕНИя

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3674912/24-25 (22) 16,12.83 (46) 15.05.86. Бюл. Ф 18 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Л.M.Ñîðîêo (53) 621.387.424(088.8) (56) Пауэлл С. и др. Исследование элементарных частиц фотоэлектрическим методом. М.: Иностранная литература, 1962, с. 49.

Авторское свидетельство СССР

У 743424, кл. G 01 Т 5/10, 1978., (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОСМОТРА

ЯДЕРНОЙ ФОТОЭМУЛЬСИИ, содержащее расположенные последовательно систему формирования Фурье-. образа прямых следов частиц, систему формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц, световоды и систему формирования и записи фотоэлектрических сигналов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличения точности определения центра тяжести изображения прямого следа частицы, система формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц содержит оптический транспарант с позитивным изображением спекл-структуры мультиплицированных изображений прямых следов частиц, проходящих через оптическую ось и имеющих все, возможные ориентации в плоскости, перпендикулярной оптической осйустрой- Я ства, причем оптический транспарант установлен непосредственно перед входными торцами световодов.

3 1139271 2

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и физике элементарных частиц. Может быть использовано при исследовании свойств короткоживущих элементарных частиц на пучках нейтрино от ускорителя.

Известно устройство для просмотра слоя ядерной. фотоэмульсии, которое представляет собой оптический микроскоп, снабженный системой перемеще- l0 ния слоя ядерной фотоэмульсии относительно. оптической оси микроскопа.

Просмотр ведут при помощи микрометрических винтов привода предметного столика микроскопа и при помощи вин- l5 та наводки фокуса микроскопа. Принцип действия данного устройства не позволяет осуществить автоматизацию просмотра ядерной фотоэмульсии с записью данных в блок памяти компьютер- 20 ного устройства.

Это связано с тем, что неизбежные в оптическом микроскопе операции наводки изображения следа частицы на фокус, разбиение следа частицы на 25 отдельные элементы и поэлементного сканирования каждого следа частицы в ядерной фотоэмульсии создают огромный объем цифровой информации, особенно при просмотре объемов ядерной фото- щ эмульсии, составляющих десятки литров.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является устройство для просмотра ядерной фотоэмульсии. Оно содержит расположенные пос35 ледовательно систему формирования фурье-образа прямых следов частиц, систему формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц, световоды и систему формирования и записи фотоэлектрических сигналов °

Устройство работает следующим образом. Пучок когерентного света проходит через систему формирования

Фурье-образа прямых следов частиц и формирует Фурье-образ прямых следов частиц вблизи аксиконного зеркала.

Дифрагированный на прямом следе,частицы свет преобразуется аксиконным зеркалом в мультиплицированное изображение, на котором след частицы виден в виде яркой полоски, ориентированной параллельно исходному прямому следу частицы в ядерной фотоэмульсии.

Иэображение следа частицы в виде полоски попадает на входной торец одного из световодов и Ралее поступает в блок формирования и записи фотоэлектрических сигналов.

Однако асферическую поверхность аксиконного зеркала высокого качества очень трудно изготовить. Использование аксиконного зеркала неидеальI ной формы приводит к тому, что ширина яркой полоски изображения прямого

Ьледа частицы на входном торце световода имеет ширину, которая превышает,ширину дифракционного предела, ° определяемого апертурой аксиконного зеркала. IIo порядку величины минимальное значение ширины яркой полоски изображения прямого следа частицы равно 2 /siW где oc — апертурный угол аксиконного зеркала", — длина волны света. Ширина яркой полоски в реально изготовленных устройствах значительно превышает указанное минимальное значение ширины яркой полоски изображения прямого следа. Это приводит к тому, что точность определения координаты центра тяжести изображения прямого следа частицы оказывается малой, а отношение сигнала к шуму недостаточно высоким. В результате следы релятивистских частиц формируют фотоэлектрические сигналы, которые лишь немного возвышаются над фоном, а это, в свою очередь, уменьшает скорость просмотра слоя ядерной фотоэмульсии.

Целью изобретения является увеличение точности определения центра тяжести изображения прямого следа частицы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для просмотра ядерной фотоэмульсии, содержащем расположенные последовательно систему формирования Фурье-образа прямых следов частиц, систему формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц, световоды и систему формирования и записи фотоэлектрических сигналов, система формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц содержит оптический транспарант с позитивным изображением спекл-структуры мультиплицированных иэображений прямых следов частиц, проходящих через оптическую ось и ймеющих все возможные ориентации в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, причем оптический транспарант установлен непосредственно перед входными торцами световодов, на то же самое место, 1139271 которое ен занимал в процессе er о изготовления.

Схема устройства изображена на чертеже, где приняты следующие обозначения: 1 — система формирования 5

Фурье-образа прямых следов частиц, 2 — система формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц, 3 — оптический транспарант, 4 — световоды и 5 — система формиро- 10 вания и записи фотоэлектрических сигналов.

Оптический транспарант 3 изготавливают следующим образом. Вблизи входных торцов световодов устанавли- 15 вают фотопластинку и высоким пространственным разрешением, например фотопластинку Микрат BP с разрешающей способностью не менее 500 л/мм. В процессе экспонирования фотопластин- 20 ки прямой след частицы, проходящей через оптическую ось устройства, равномерно вращают вокруг оптической оси устройства. Затем экспонированную фотопластинку проявляют с обра- 25 щением и после окончания фотохимической обработки полученный оптический транспарант с позитивным иэображением тонкой микроскопической спеклструктуры устанавливают прециэионно в исходное положение. Элементы микроскопической структуры спекла внутри кольца, получаемого системой формирования мульплицированных изображений прямых следов частиц, имеют вид узких черточек вдоль дуги указанного коль35 ца, причем ширина отдельной черточки равна 2я/sin если разрешающая способность фотопластинки была достаточно высокой.

Существует альтернативный способ изготовления оптического транспаранта 3. В процессе экспонирования фотопластинки пучок света пропускают через объектив микроскопа с аперту45 рой не менее з п „ а точку, в которой фокусируются лучи света, помещают на оптической оси в области, где будет расположена медианная плоскость слоя ядерной фотоэмульсии.

Устройство работает следующим образом. Когда в поле зрения устройства появляется прямой след частицы, система 1 формирования Фурье-образа прямых следов частиц и система 2 фор-55 мирования мультиплицированных иэображений прямых следов частиц формируют в плоскости оптического транспаранта 3 на входных торцах световодов 4 мультиплицированное иэображение в виде яркой полоски, ориентированной параллельно исходному следу частицы. Микроструктура иэображения внутри полоски будет иметь вид узора который называют спеклом и который с неизбежностью образуется в любом месте когерентной системы. Если прямой след частицы попадает на оптическую ось устройства, узор спеклструктуры данного следа частицы совпадает с узором спекл-структуры, зарегистрированной в данном секторе кольца на оптическом транспаранте 3.

В результате на входные торцы световодов 4 пройдет свет всего узора спекл-структуры. Свет попадет в систему 5 формирования и записи фотоэлектрических сигналов. Стоит исходному прямому следу частицы сойти с оптической оси на величину, равную ширине элементарных черточек микроскопического изображения спекл-структуры, как указанное выше совпадение спекл-структур нарушится, и через оптический транспарант пройдет лишь часть света мультиплицированного изображения прямого следа частицы.

Метрическая характеристика устройства имеет вид плавного колокола, ширина на полувысоте которого будет равна ширине яркой полоски, фирмируемой аксиконным зеркалом системы 2 формирования мультиплицированных, изображений прямых следов частиц.

На этом колоколе как на пьедестале будет находиться узкий пик сигнала автокорреляции спекл-структуры. Шири" на этого узкого пика равна 2s/sino(,.

Существенными признаками заявленного устройства являются: наличие оптического транспаранта ; объект, зафиксированный на оптическом транспаранте; место расположения оптического транспаранта.

Процесс определения центра тяжести изображения прямого следа частицы будет определяться не шириной кольца и не размерами световода, а шириной черточек узора спекл-структуры или в конечном случае угловой апертурой аксиконного зеркала системы 2 формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц. Отсюда видно, что без оптического транспаранта укаэанную закономерность использовать невозможно. Нельзя взять

% 11392 другой объект регистрируемый íà on7 тическом транспаранте, а также иначе расположить транспарант. Если оптический транспарант установить вдали . от входных торцов световодов, не в той плоскости, где находилась фотопластинка в процессе ее экспонирования узором спекл-структуры, это приведет к нарушению условия достижения максимального значения пика сигнала 1п автокорреляции, амплитуда сигнала автокорреляции уменьшится, и это создаст ничем не оправданное ухудшение отношения сигнала к шуму.

Техническое преимущество заявленного устройства состоит в том, что, не требуя дополнительных затрат на создание специализированного оборудования для получения аксиконного зеркала более высокого качества, 20 устройство приобретает метрические характеристики, которые можно получить для аксиконного зеркала предельно высокого качества. Например, ширина колокола метрической характерис- 25 тики в известном устройстве равна

350-400 мкм. Это обусловлено тем, что аксиконное зеркало системы 2 формирования мультиплицированных изоб.ражений прямых следов частиц было изготовлено на обычном токарном станке при помощи обычного измерительно71 6 го индикатора. При апертурном угле

a/2 = 60 ширина черточек узора спекл-структуры кольца мультиплицированных изображений составит около

1,2-1,5 мкм. Эта величина в 200 раз лучше метрических характеристик реально действующего прототипа. В экспериментах было показано, что в этих условиях ширина черточек узора спеклструктуры мультиплицированных изображений действительно составляет 23 мкм. Таким образом, техническое преимущество заявленного устройства состоит в том, что оно позволяет улучшить метрические характеристики прототипа по крайней мере в 100 раз.

Положительный эффект устройства обусловлен тем, что в отличие от прототипа, метрические характеристики которого определяются огибающей кривой типа колокола, в заявленном устройстве метрические характеристики определяются микроструктурой узора спекл-структуры указанного колокола, автокорреляция которого определяется апертурой системы формирования мультиплицированных изображений прямых

:следов частиц и слабо зависит от качества изготовления аксиконного зеркала системы формирования мультиплицированных изображений прямых следов частиц. фНИИПИ Заказ 2718/1: Тираж 728 Подписйое

Произв.-полигр. пр-тие, г . Ужгород, ул. Проектная, 4