Устройство для измерения координат заряженных частиц

 

Изобретение относится к координатным детекторам заряженных частиц и может быть использовано в экспериментах на ускорителях и при регистрации космических лучей. Целью изобретения является одновременное изме рение двух координат в одном рабочем объеме, повьппение точности измерения одной из координат и упрощение конструкции . Цель достигается тем, что устройство содержит высоковольтные электроды. Между электродами находится рабочая газовая смесь на основе .благородных газов. Волоконные оптические световоды с люминесцентным керном находятся в рабочем объеме. Фоторегистраторы соединены со схемой обработки сигналов. Волоконные световоды вьшолнены двухкомпонентными с концентрацией люминофора в керне, обеспечивающей превьшение границы самопоглощения. Волокна расположены в рабочем зазоре с заданным шагом. 1 .ил, i (Л IND 00 о СП СП о;:

. СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Дд 1 0 01 Т 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ип„ i l

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3901013/24-25 .(22) 27.05.85 (46) 30.12.86. Бюл.й 48 (72) М.В.Анохин, С.В.Алчуджян, А.M.AHoõèíà, Т,Л,Асатиани и В.А.Иванов

{53) 621,387,424(088.8) (56) Железняк И.M., Леонов Ю,С. О некоторых возможностях детектирования мюонов и нейтрино, Письма в ЖЭТФ, 1978, 27, с,456, Авторское свидетельство СССР

11 652516, кл, G Ol Т 5/12, 1976.

Авторское свидетельство СССР

11 794577, кл. G О1 Т 5/12, 1976, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к координатным детекторам заряженных частиц и может быть использовано в экспери„Я0„„1280554 А 1 ментах на ускорителях и при регистрации космических лучей. Целью изобретения является одновременное измерение двух координат в одном рабочем объеме, повышение точности измерения одной из координат и упрощение конструкции, Цель достигается тем, что устройство содержит высоковольтные электроды, Между электродами находится рабочая газовая смесь на основе. .благородных галов, Волоконные оптические световоды с люминесцентным керном находятся в рабочем объеме.

Фоторегистраторы соединены со схемой обработки сигналов. Волоконные световоды выполнены двухкомпонентными с концентрацией люминофора в керне, обеспечивающей превьппение границы самопоглощения. Волокна расположены в рабочем зазоре с заданным шагом. 1 ил

1280554 (а-х) + (Х-у),1

+ (у-у) ) +у ) + (l. y) xФу Д (1(у

Изобретение относится к экспериментальной физике высоких энергий, в частности к газоразрядным детекторам с оптическим съемом информации, и может быть использовано в эксперимен- 5 тальных установках на ускорителях

;и при исследовании космических лучей.

Целью изобретения является измере( (ние одновременно двух координат в одном рабочем объеме, повьппение точности измерения одной из координат, перпендикулярной направлению волокон, и упрощение конструкции устройства, На чертеже схематически показано предлагаемое устройство, Устройство состоит из высоковольтных электродов 1 и 2, между которыми находится рабочая газовая смесь на основе благородных газов, в частности неона (99,6%) и фреона (0,4 ). В рабочем объеме расположены двухкомпонентные волоконные оптические световоды 3, в керне которых содержится люминофор, например КидО, в количестве 1,8 вес.,ïðåâüïïàþùåì границу самопоглощения, когда люминофор поглощает существенную долю собственного излучения. Расстояние между световодами определяется выражением

6„(и) + 1)

6.) где(/. — расстояние между волокнами;

8 — требуемая точность измерел ния координаты, перпендикулярной волокнам (стандартная ошибка);

) — отношение амплитуд сигналов с двух рядом расположенных волоконных световодов, опре- 4р деляемое координатой электрического разряда; ᄠ— ошибка измерения отношения амплитуд, На выходе из рабочего объема двух-45 компонентные люминесцентные волокна соединены световыми разъемами 4 со стандартными двухкомпонентными волоА (а-x) (у

А

A x L (х +у где А — амплитуда сигнала, зарегистрированная с одного из волокон, ближнегЬ .к электрическому разряду; конными световодами 5 без люминесцирующих добавок в керне с малым линейным затуханием. Стандартные волоконные световоды подключены к фоторегистраторам 6, в частности к приборам с эа" рядовой связью (ПЗС), информация с которых выходит на анализирующую электронику 7.Источник 8 высоковольтного) питания подключен к электродам 1 и 2:.

Высоковольтный источник может быть как постоянным, так и импульсным, управляемым.

Устройство работает следующим об— разом.

Заряженная частица проходит через, рабочую газовую смесь, вызывая ионизацию, В электрическом поле между высоковольтными электродами 1 и 2 происходит электрический разряд в месте прохождения регистрируемой частицы.

Процесс электрического разряда в rase сопровождается излучением фотонов, Фотоны проходят через прозрачную,для них оболочку оптических волоконных (световодов 3, Те фотоны, которые имеют достаточную энергию, вызывают о люминесценцию, причем вторичные фотоны излучаются изотропно. Та их часть, которая попадает в угол полного внутреннего отражения на границе раздела керн — оболочка, захватывается в волокно, Захваченные фотоны через разь" емы 4 по стандартным волоконным световодам 5 передаются на ПЗС, в которых информация об амплитуде световых сигналов запоминается. ПЗС вырабатывают электрические сигналы, соответствую=. щие амплитуде световых сигналов, Анализирующая электроника 7 обрабатывает полученные сигналы.

При измерении координаты, перпендикулярной волоконным световодам, затуханием в люминесцентных волокнах

)можно пренебречь, Тогда в общем виде отношение величин сигналов приближенно связаны с координатой выражением вида

А — амплитуда сигнала, зарегистрированная с второго волокна, ближнего к разряду; а — расстояние между волокнами1

f280554 х — координата места излучения фотонов, перпендикулярная направлению волокон; у — координата места излучения, параллельная направлению волокон;

à — длина волокон.

Для случая, когда толщина волокон гораздо меньше расстояния между волокнами, а длина волокон гораздо tO больше расстояния между волокнами, применимо приближенное выражение вида

А й-х

-А ю д) (3) f5

А х из которого получается выражение для оценки точности измерения координат.

Модельный эксперимент с искрой мощностью 0,02 Дж при расстоянии между волокнами 20 мм дал результат, согласующийся с формулой (1), 6„ =

200 мкм.

Увеличение концентрации люминофора в кернах оптических волокон, нахо-25 дящихся в рабочем объеме, с одной стороны, увеличивает количество фотонов люминесценции в месте, ближайшем к электрическому разряду, с другой стороны, увеличивает крутизну эависи- мости

А (у) где А - амплитуда сигнала с одного конца оптического волокна, 35 ближайшего к месту электрического разряда;

А — амплит да сигнала с другого конца того же волокна; у — координата, параллельная на-40 правлению волокон, В данном случае это позволяет получить точность определения координаты лучше, чем расстояние между опти-. ческими волоконными световодами. 45

Преимуществом предлагаемого устройства является одновременное измерение двух координат электрического разряда, вызванного регистрируемой частицей, и увеличение точности од- 50 ной из координат, перпендикулярной направлению оптических световодов.

Кроме того, в предлагаемом устройстве можно закреплять волоконные световоды на жестких электродах, в то время как в известном подвеска тонких волокон обязательна. Посколь-!

Формула изобретения

Устройство для измерения координат заряженных частиц, состоящее из высоковольтных электродов, рабочей газовой смеси, находящейся в межэлектродном зазоре, оптических волоконных световодов c:ëîìèíåñöåíòíûì керном, фоторегистраторов, анализирующей электроники и источника питания, подключенного к электродам, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью измерения одновременно двух координат в одном рабочем объеме, а также повьппения точности измерения одной иэ координат и упрощения конструкции, оптические волоконные световоды выполнены двухкомпонентными, концентрация люминофора в керне соответствует значению, превышающему границу самопоглощения, а волокна расположены в рабочем зазоре параллельно с шагом, определяемым соотношением где d б; расстояние между волокнами; необходимая точность измерения координаты, перпендику.лярной волокнам (стандартная ошибка); отношение амплитуд сигналов с двух рядом расположенных волоконных световодов; ошибка измерения отношения амплитуд. ку в известном устройстве они выполняют роль электродов, то могут быть закреплены только на диэлектрике, что приводит к большому числу ложных пробоев, Возможность закрепления тонких волокон по всей длине в предлагаемом устройстве приводит к упрощению технологии изготовления и повышению вибропрочности детектора.

Детекторы такого типа могут быть использованы при ".îýäàíèè годоскопов особо больших размеров (более 30 м ). рассчитанных па одновременную регистрациЮ сотен частиц, с точностью определения координат каждой из них, ограниченной собственно локализацией электрического разряда относительно треков исследуемых частиц.

) 280554

Составитель Б,Рахманов

Редактор И,Рыбченко Техред Н.Глущенко Koppercтор Л.Пилипенко

Заказ 7063/51

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4