Реперная система стримерной камеры

 

Изобретение относится к трековым детекторам с фотографическим съемом информации и наиболее эффективно может быть использовано в физике элементарных частиц высоких энергий в экспериментах на ускорителях. Целью изобретения является повышение точности измерения координат треков частиц . Координатная плоскость оптической системы стримерной камеры выполнена в виде жесткой рамы с натянутой на нее сеткой иэ единого световода . Перец одним из концов светопода размещена фокусггруклцая лшпа, фокусирующая на торец световода луч импульсного лазера. Лазер управляется системой запуска камеры. В результате рассеяния распространяющегося по световоду света сетка представляет собой равномерно светящийся объект, если выполняется условие kL «1 где k - коэффициент ослабления света в световоде, L - полная длина световода. При этом отсутствует посторонний световой фон и исключается возможность ослепления системы фотографирования , что улучшает качество получаемых фотографий. Для уменьшения мощности лазерного излучения на противоположный конец световода нанесено отражающее покрытие. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.« S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (51)5 С 01 т 1!17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Система содержит стримерную камеру 1, сетку из единого световода 2, .натянутую на жесткую раму 3, импульсный лазер 4, фокуснр :ющую линзу 5.

Реперная система функциониРует следующим образом. г

В.момент прохождения исследуемой частицы через стримерную камеру 1 запускается импульсный лазер 4, под(46) 15.05.91. Бюл. Р 18

1 (21) 4645302/25 (22) 01.12.88 (71} Московский инженерно-физический, институт (72) Е.М.Гущин, В.А.Рябов и С.В.Сомов (53) 539.1.074.77(088.8) (56) Дайон М,И, и др. Искровая камвраь М., Атомиздат, 1967, с. 221-245.

Андреев Е.М. и др. Реперная система релятивистской иойизационной стримерной камеры. — Сообщения ОИЯИ, 1-81-686, Дубна, 198-1; 1-81 "827, Дубна, 1982 ° (54). РЕПЕРНАЯ СИСТЕМА СТРИМКРНОЙ

КАМЕРЬ! (57) Изобретение относится к трековым детекторам с фотографическим съемом информаЦии и наиболее эффективно может быть использовано в физике эле. ментарных частиц высоких энергий в экспериментах на ускорителях. Целью изобретения является повышение точности измерения координат треков час"

Изобретение относится к устройствам для регистрации следов заряженных частиц и наиболее эффективно мо-. жет быть использовано в физике эле-ментарных частиц высоких энергий в экспериментах.на ускорителях.

Цель изобретения — повышение точности измерения координат треков частиц в стримерной камере.

На чертеже изображена реперная система стримерной камеры.

2 тиц. Координатная плоскость оптической системы стримерной камеры выполнена в виде жесткой рамы с натянутой на нее сеткой из единого световода. Перед одним из концов световода размещена фокусирующая линза, фокусирующая на торец световода луч импульсного лазера. Лазер управляется .системой запуска камеры. В результате рассеяния распространяющегося по световоду света сетка представляет собой равномерно светящийся объект, если выполняется условие IcL ((1> где k — - коэффициент ослабления. света в световоде, L — полная длина световода. При этом отсутствует посторонний световой фон и исключается возможность ."ослепления" системы фотографирования, что улучп(ает качест во получаемых фотографий. Для умень-: шения мощности лазерного излучения на противоположный конец световода нанесено отражающее покрытие. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

158 1 584

«х o{L) где BI=1- ---—

Относительное Ослабление света, прошедшего через световод длинОЙ Т>. (в(чипающий кООрдинатную плОскость

Образованную сеткой из световода 2.

Лазерный луч фокусируется линзой 5 на центр торца конца световода и

5 далее распространяется по керну световода к противоположному его концу.

При этом вследствие поглощения и рассеяния света интенсивность светового потока, распространяющегося по керну, 10 описывается приближенным соотношением

Т = Т.ехр Г-(«+р+у) 7. де Т вЂ” интенсивность светового поо тока на торце световода;

kМ+ 3+

+ у- коэффициент ослабления све- та в световоде, зависящий от длины волны; 2О

o(— коэффициент рассеяния света на границе "керн-оболочка";

p — коэффициент рассеяния света в объеме керна; у- коэффициент поглощения све- 25 та в объеме керна; х — расстояние от торца световода.

Световоды состоят из центральной жилы — керна, который и является TIpo Зп водником света, и одной или нескольких оболочек, окружающих керн. Многократное отражение света, обеспечивающее распространение света в световоде, происходит по границе керна и оболочки.

Б современных световодах основные потери света связаны с рассеянием на границе "керн-оболочка", т.е. о()/, e э)т поэтому k 4. Рассеян- 4О ный на границе "керн-оболочка" и в объеме керна свет выходит иэ световода через. прозрачную оболочку, причем интенсивность рассеянного света с единицы длины световода равно 45

d (х) — (1-Т )=Т ke к а

Если коэффициент ослабления света в световоде на длине волны генерации лазера относительно невелик, т.е. выполняется соотношение kl.(<1, где. L полная длина световода, то

I. -Т (L) То

i (х) I k=-а — ь- — =--dI=const ! " o

Это означает, что при указанных условиях сетка из подобного световода представляет собой идеальный светящиися объект, каждый элемент которого излучает изотропно и с одинаковой яркостью. Таким образом, при достаточной мощности светового излучения лазера сетка координатной плоскости может быть сфотографирована одновременно с треками частиц.

Необходимая для фотографирования мощность лазера. определяется следующими соображениями. Для регистрации любого светящегося объекта в стримерной камере. его яркость должна быть по крайней мере не меньше яркости стримеров на треке частицьл!. Обычно длина стримеров составляет не Менее

3-5 мм, диаметр около 1 мм, а плотность световой энергии в объеме стримера не менее 1i) " фотон/см ;

Таким образом, яркость поверхности стримера i q 1 ) 1 фотон/см . Для фотографирования координатной плоскости из световода с лазерной подсветкой необходимо i i т.е. - сЦ

Та Ъ- -) где d — диаметр световода.

Современные стримерные камеры имеют чувствительный объем 1 м, поэтому для координатной плоскости размером 1х1 м и шага сетки 10 см

L=20 м, что при 6=1 мм и ДТ -,1!)% дает Т. 7„ 2 ) квантов или полную энергию светового импульса K=I

5-10 мДж (f — энергия светового кванта, для видимого света E" 2-3 эВ).

Соответствующая мощность лазера сос- тавляет M - 1О кВт — 1 ИБт при длительности лазерного импульса Л 0 —

-1

10 с. Этим требованиям отвечают, например, Ng-лазеры ЛГИ-21 (0=6 кВт), ТИП-4 (Я=1!)О кВт), ЛГИ-503 (M=

=320 кВт), лазеры на кравителях серии JIKI (M=55-500 кБт) и другие серийные лазеры, а также лабораторные малогабаритные лазеры на поперечном разряде в молекулярном азоте (M

«1 ИБт) . г

Сравнительно большая требуемая световая энергия определяет и необходимость фокусирующей линзы 5. Дело в том, что обычно диаметр нитей координатной плоскости не превышает

1 мм. Р противном случае ухущпается точность геоде.,ического и фотографи5 .15 ческого измерений координат элементов сетки, особенно ее узлов. Это приводит к соответствующему ухудшению точности измерений координат треков частиц, При диаметре снетовода 1 мм диаметр внутренней его части — керна, захватывающего свет, составляет

200-300 мкм. В то же время, диаметр луча современных Ыазеров непосредственно на выходе излучателя не менее

2-3 мм и возрастает на 2-20 мм на каждый метр расстояния от излучателя

Таким образом, при отсутствии фокусирующей линзы керн захватывает менее О, 1-1 светового потока и требуется черезмерно большая мощность лазерного излучения О, 1-1 ГВт. Фокусное расстояние линзы выбирают из следующего соотношений d у<И„, где d З Е вЂ” диаметр фокусного пятна; — расходимость лазерного луча;

d „- диаметр керна.

Так как обычно $10 -10, то для

-Я

d < 100 мкм f 1 — 10 см.

Очевидно, что для хорошей фокусировки необходимо совпадение главной оптической оси линзы, продольной оси конца.световода и продольной оси лазерного излучателя.

Тип лазера и параметры световодов определяются конкретной конструкцией чувствительного объема и оптичес кой системы, а также условиями-фотографирования.

Для уменьшения мощности лазера, необходимой для функционирования координатной сетки стримерной камеры, на противоположный конец световода может быть нанесено отражающее покрытие. Это позволяет уменьшить У в 1,5-!

84584 б

1,9 раза (в зависимости от длины волны генерации лазера) за счет двухкратного прохождения света по световоду.

Предлагаемая реперная система дает возможность производить одновременное фотографирование треков частиц н координатных плоскостей без ослепления опттяеской системы и при практически ncлном отсутствии ðàñсеянного светового фона, Это улучшает качество получаемых фотографий

J и в конечном итоге повьш ает точность измерения координат треков частиц.

Формула изобретения

1, Реперная система стримерной

10 камеры, состоящая иэ реперной сетки, натянутой на жесткую раму, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения координат треков частиц, сетка выполнена иэ

25 единого световода, перед одним из концов которого расположен импульсный лазер, а между концом световода и лазером установлена фокусирующая линза, фокальная плоскость которой

30 лежит в торцовой плоскости конца световода, а главная оптическая ось совпадает с осью лазера, полная дюына световода L связана с коэффициентом k ослабления света в свето3S воде на длине волны генерации лазера соотношением kL <(1.

2. Реперная система по и. 1, о т— л и ч а ю m, а я с o я тTеeмM, то, с це- лью уменьшения мощности лазера, на противоположный от линзы конец световода нанесено отражающее покрытие.

1584584

Составитель В.Сосновцев

Редактор Л.Курасова Техред JI.Îëêéèûê . Корректор О.Кравцова

Заказ 2445 Тираж 312 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул..Гагарина, 101