Устройство для определения множественности при регистрации ядерных частиц
Изобретение относится к ядерной электронике и может быть использовано в устройствах, регистрирующих процессы образования частиц с большой множественностью с помощью многоканальных детекторов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем регистрации кластерных событий и точного определения числа зарегистрированных кластеров в детекторе. Устройство состоит из N усилителей-формирователей, разделенных на N/M группы, нескольких групп схем умножения элементов поля Галуа GF (2<SP POS="POST">4</SP>), группы сумматоров по модулю два, группы арифметических блоков для вычисления определителей, группы элементов НЕ, группы элементов И, группы элементов ИЛИ. Работа устройства основана на методе синдромного кодирования известном из теории кодов, исправляющих ошибки. Информация от детекторов рассматривается как появление ошибочных символов, что позволяет методами теории кодирования регистрировать количестве кластерных событий с минимальными затратами аппаратурных средств. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
П14С 01 Т 1/17
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АBTÎPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ На структурной схеме устройства (фиг.l) предполагается, что число входов п = 60 и эти входы разделены на 15 по 4 входа в каждой группе 1-15. Кроме того, группы пронумерованы степенями элементов поля
Галуа GF (2 ) соответственно а -а4, и предполагается, что t — число регистрируемых символов, равное 2, а длина символа m = 4. Устройство содержит группы усилителей-формирователей 16-30, группы схем 31-45, 4660 и 61-75 умножения двух элементов
4 >> 4 поля Галуа GF (2 ), причем (а — а ) .
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4237750/31-25 (22) 30.04.87 (46) 30.12.89. Бюл. № 48 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Н.M. Никитюк (53) 535.214.4(088.8) (56) Басиладзе С.Г. и др. Многоканальная мажоритарная схема совпадений большой кратности с цифровым отбором, Препринт ОИЯИ ¹ 13-7603, Дубна, 1973.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1075828, кл. G Ol Т 1/17, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНОЖЕСТВЕННОСТИ ПРИ РЕГИСТРАЦИИ ЯДЕРНЫХ
ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к ядерной электронике и может быть использовано в устройствах, регистрирующих процессы образования частиц с большой множественностью с помощью многоканальных детекторов. Цель изобретеИзобретение относится к ядерной электронике и может применяться в устройствах многоканальных детекторов координат ядерных частиц..
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем регистрации событий с кластерами и определения точного количества зарегистрированных в детекторе частиц.
На фиг. l показана структурная схема устройства, на фиг. 2 и 3 — варианты схем для вычисления соответственно определителей второго и третьего порядка.
„„Я0„„1532893 А1
2 ния — расширение функциональных возможностей устройства путем регистрации кластерных событий и точного определения числа зарегистрированных кластеров в детекторе. Устройство состоит из п усилителей-формирователей, разделенных на п/m групп, нескольких групп схем умножения элементов поля Галуа GF (2"), группы сумматоров по модулю два, группы арифметических блоков для вычисления определителей, группы элементов НЕ,группы элементов И, группы элементов ИЛИ.
Работа устройства основана на методе синдромного кодирования, известном из теории кодов, исправляющих ошибки, Информация от детекторов рассматривается как появление ошибочных символов, что позволяет методами теории кодирования регистрировать количество кластерных событий с минимальными затратами аппаратурных средств . 3 ил .>
1 табл.
1532893 (з о) (а ) 7 ((а о) - .(а ) ), константы, подаваемые на вторую группу входов схем умножения, группу сумматоров 76 по модулю два, группу арифметических блоков 77-79 для вычисления определителей, группу эле— ментов НЕ 80 и 81, группу элементов
И 82 и 83, группу элементов ИЛИ 84 и
85, первую и вторую группы выходов
86-88 и 89, 90 устройства соответственно.
Схема для вычисления определите ля второго порядка де Е (фиг. 2) состоит из схемы 91 умножения двух 15 элементов схемы 92 возведения элеt
Iìåíòà в квадрат, группы сумматоров
,93-96 по модулю два, логического .элемента И 97, логического выхода, 98 и нагрузочного сопротивления 99. 20
Схема для вычисления определите1 ля третьего порядка det L> (фиг.3 ), состоит из программируемых постоянных запоминающих ус", р йств (ППЗУ)
100-104, сумматоров 105-108 по мо- 25 . дулю два, схемы ИЛИ 109, логического выхода 110 и нагрузочного резистора
111.
Работа предлагаемого устроиства основана на методе синдромного кодирования. Суть метода заключается в следующем. На передающей стороне имеется и датчиков. Причем одновременно сигналы поступают от 10-15 датчиков.
Число одновременно сработавших датчиков обозначим через t. В качестве датчиков в физическом эксперименте могут служить, например, проволочки в газонаполненных камерах. Если не было события, то получается нулевое слово, а появление сигналов в результате взаимодействия заряженных частиц с веществом детектора от некоторых датчиков рассматривается как появление ошибочных символов. Далее с помощью схем проверки на четность вычисляется синдром кодового слова и на выходах групп схем проверки на четность формируется код, число разрядов которого равно: Б = tlog u.
Очевидно, что обработка более короткого слова занимает меньше времени и требует меньше аппаратурных затрат.
В предлагаемом устройстве входы усилителей-формирователей 16-30 подключены к выходам многоканального детектора ядерных частиц(тип детектора не имеет значения, поэтому на фиг. 1 он не показан). Усилители формирователи являются стандартными, Каждая группа усилителей-формирова-. телей имеет по 4 входа и 4 выхода„ которые подключены соответственно к первой группе входов групп схем 3175 умножения, на вторую группу входов которых подаются уровни напряжения логической единицы и логического нуля в зависимости от значения элемента паля Галуа в двоичном представлении. Так, в поле Галуа .GF (2 ) имеются 15 элементов (2 - 1=
15); а = 1000, а = 0100; a =
= 0010; аз - 0001; а = 1100, а
01 10; а = 0011. а = 1101; а
1010; а = 01010, а " = 1110; а " =
0111" а =- 1110, а = 1О! 1 „: а "=
1001 .
Исходя из этого на входы схемы 31 подаются один уровень логической единицы и три уровня логического нуля, так как а = 1000, и т.д. При этом нужно учитывать цикличность поля. В нашем примере цикл равен 2 — 1 = 15.
15, 5
Любые два элемента А и В в поле
Галуа СР (2 ) представляются в виде полиномов (m - 1) -й степени, при m = 4 имеем А = А,,» —. г,а A a + A a
9 и В = В а + В а + В а + В аэ, где
А,— А и В„-В могут принимать значения 0 или 1 в зависимости от значения конкретного элемента. Прямое умножение дает
AB = P a + P„a" + Р а + Р а, где Р, = А,В, + А,В, + А,В, + А,В,, Р = АоВ + А В + А,В3+ A + А В + A В + А В„, Aî,Bã,+ A B, + A,Ë + A,Ë ý + А ЗВ2 АзВз з Р = АоВз + А B, + A B„+ АВо + + АзВэ ° Знак "+" обозначает сумму по модулю два. Схемы для параллельного умножения двух элементов поля Галуа GP (2 ) известны. Они состоят из логических элементов И и сумматоров по модулю два. Выходы схем умножения подключены соответственно к входам групп сумматоров по модулю два, на выходах которых формирун тся симчет2893 6 чены к входам группы элементов ИЛИ 84 и 8S и логических элементов Н 82 и 83 ° На выходах 86-88 формируются 5 логические сигналы t >r 1, t p 2 и t3 3, а на выходах 89 и 90 — строгие равенства t 1 H t. 2. Допустим, что кластерные события имели место на позициях и 3, т.е. на позициях о а и а . Причем значения кластеров соответственно равны а" и a . Тог да при t 1 и при условии, что кластер а" поступил на позицию 3, имеем: S а. а а Б а "à ! 1 2 1I! а и Б а а" а . Тогда значения определителей равны: det L < " Б, 1 О, detLz 0 и detLg О. При t 2 полагаем, что кластер20 ные события У, = а1 н У а" имели место на позициях 1 и 3, т,е. а и а . Тогда имеем S а, Sz а, а и, э 10 ЯЯЭ Бэ ! ! ! ! ! 2 +1 И-1 S, $2 В соответствии с теорией кодирова ия свойства определителя L такое аы, .что если, например, на входах устройства появилось два символа (сигналы были в двух группах), то определители первого det L, и второго det L< порядков не равны нулю, но зато определитель третьего порядка det L > = О, а тем более detL g... detL О. Ф На таком свойстве определителя и t основана работа предлагаемого уст- 35 ройства. При t = 3 Sz S3 2 3 4 $4 $5 detL, = S,,detLz S,S + S det1э $1$э$5+ $1$4 + 4$!I + $э ° К поле Галуа СГ (2 ) операции сло- 4 жения и вычитания равносильны и выполняются по модулю два. Поэтому приведение подобных членов выполняется по правилу; четное число одинаковых членов равно нулю, и нечетное числоодному члену, Например, S + S 0 но $1+Б1+S!= $1 ° В наше м приме ре блок .7 7 является тривиальным, так как det L, S,. Число шин на входах блока 77 равно 4. Число входных шин у блоков 78 и 79 равно 8 и 12 соответственно. Выходы блоков 77 и 79, каждый из которых имеет по одной выходной шине, подклю5 153 рические функции $,, Sz, и S в соответствии с кодом Рида-Соломона. В общем виде матрица проверочных соотношений для кода Рида-Соломона при m = 4 имеет вид таблицы. Величины S, = X Хa, Sz -,ох(а),..., М -1 S, =ХХ;(а,) Выходы группы сумматоров 76 IIo модулю два подключены к входам группы арифметических блоков 77-79, с помощью которых параллельно вычисляются определители 1-го, 2-го,...,t то порядков: а. и S < a . При этих значениях det L Я а 0 1 1 detLz= a 0; беса 0. Таким образом, на выходах группы схем проверки на четность вырабатываются сигналы, соответствукщие Я 1, S > и $3 (схемы для выработки S 4 и S на фиг . 1 не показ аны) ° Все элементы схемы для вычисления определителя второго порядка det L (фиг.2) известны и легко реализуются на базе комбинационных схем. На выходах сумматоров 93-96 по модулю два получается значение определителя второго порядка det L " $1 э + $1, которое может быть использовано для расширения функциональных возможностей устройства, например для регистрации координат кластеров. В схеме для вычисления определителя третьего порядка det Ь > (фиг,3) используется табличный метод реализации выражений с помощью ППЗУ, так как выполнение операции умножения трех элементов требует много комбинационных схем. В начале с помощью ППЗУ 100 выполняется умножение двух элементов S S >, а с помощью ППЗУ 101 получается произведение S „S «S. . Поскольку поле Галуа является конечным полем, то в результате любых преобразований получается один из элементов поля. Этот факт положен в основу построения схемы умножения с помощью ППЗУ. Устройство для одновременного умножения двух элементов поля Галуа один из которых находится под сте1532893 и енью, известны. Кроме того, такие Операции также могут быть выполнены с помощью ППЗУ. Например, а {а ) м afa i a. а Ма аоа Другими словами, по сложности реали5 вации схемы умножения двух элементов поле Галуа и схемы умножения со тепенью равносильны, Поэтому с помоью ППЗУ 102 выполняется одновреенное умножение с возведением в вадрат, т.е. вычисление члена Б,Я . 2 помощью ППЗУ. 103 вычисляется член 5< . И, наконец, с помощью ППЗУ 04 выполняется возведение элемента в куб: (а ) = а, (а ) = аЗ; )э, (a )3 . (Ф)э а5)3 а t5 ао, (а )э а . (а- ) а ; (а ) = а, (аэ)э 3 а", (а" ) = а (1ь) ээ э (+ )э alt е 812 Микросхема 109,представляет собой лемент ИЛИ, у которо-о выходы объинены для Формирования логического 25 игнала. Аналогично вычисляются огг-. еделители и более = ;ñoêèõ порядков. роме того, как это известно из алебраической теории кодирования, код индрома S „S„Sэ и т.д. несе в 30 ебе информацию не только а количесте символов, в которых имеется инфорация, но и об их позициях,что позвояет отнести предлагаемое устройство новому типу устройств, предназначен-35 х для обработки данных при регист1 : ации множественности заряженных часиц. Этот код получается на арифметиче с ких блоках (фиг . 3 и 2) . Формула из обретения Устройство для определения множественности при регистрации ядерных частиц, содержащее и усилителей-фор- 45 мирователей, разделенных Hà rr/m групп, по m усилителей-формирователей, t-1 элементов ИЛИ, 2t-1 групп сумматоров по модулю два, t арифметических блоков для вычисления определителей от 1-го до t-го порядков в поле Галуа, причем выходы групп сумматоров по модулю два подключены соответстве:чн. к входам арифметических блоков, выход первого арифметического блока подключен к входам элементов ИЛИ, выход K-ro арифметического блока (1 < К < t) соединен с входами групп элементов ИЛИ, начиная с первой по К-ю группу, выход t-го,арифметического блока является й-м выходом устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей путем регистрации кластерных событий и точного определения числа зарегистрированных кластеров в детек" торе, в устройство введены {2t-1) (2 -1) схем параллельного умножения двух элементов поля Галуа GF (2 ), группа элементов НЕ и группа элементов И, причем выходы групп. усилителейформирователей подключены соответственно к входам первой группы входов схем умножения двух элементов в поле Галуа GF (2 ), а их выходы подключены к входам соответствующих им сумматоров по модулю два, вторая группа . входов групп схем параллельного умножения двух элементов в поле Галуа GF (2 ) подключена к источникам сигналов логической единицы и логического нуля, соответствующих кодам (о) . { д - )1 { о) ,Ъ., (а ), являющимся элементами поля Галуа GF (2"), выходы групп сумматоров по модулю два подключены к входам арифметических блоков, выход К-го (1 К C t) арифме ического блока соединен с соответствующими входом К-го элемента И, а выход t-го арифметического. блока является выходом устройства, кроме того, выход М-го (1 (И < t) арифметического блока соединен с входом (И-1)-го элемента из группы элементов НЕ, выходы которых соединены с соответствующим входом (И"1)-ro элемента из группы элементов И и образуют группу выходов устройства, причем арифметические блоки представляют собой устройства для параллельного вычисления определителей от гервого по t-й порядок в поле Галуа GF {2 ) . 9 1532893 г 1О 2 3 4 5 6 В групп П р н м е ч а н и е. Цифрами и степенями элементов поля Галуа обозначены номера групп входов устройства; Х вЂ” входная переменная (Х вЂ” элемент поля а — а 4). о ч 1 а 2 а 3 а 4 а> 5 а4 Ь а 7 ас 8 а 9 аЭ 1О а 11 а10 12 а" 13 а1 14 а1э 15 14 Ха Ха Ха Ха Ха Ка Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ка1Э Ха 4 Ха Ха с Ха Ха Ха> Ха1 Xa" 4 Ха ХаЭ ХаЭ Ха Ха9 Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ка" о Ха Ха з Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ка Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха Ха 1э Ха Ха Ка" Ха 4 аЭ Хаэ Xa Ха. Ха Ха1о Ха Ха Ха 14 Ха Ха Ха" Ха Хаэ Ха14 Ха Ха Ха Ха Ха Ха с Ха 4ф Ха т Ха ха ЭС Ха1ес Ха"" Ха "с Ха1эс Ха 1532893 $1 ш .Г у,р, det4 S3 Составитель О. Кулешов Редактор О. Спесивых Техред я.gидык Корректор О.Ципле Заказ 8097/52 Тираж 484 Подписное ВНЯИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прп ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская. наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101
