Устройство для определения треков заряженных частиц

 

Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для измерения координат треков и энергии заряженных частиц. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем измерения Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для измерения координат треков и энергии заряженных частиц. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем измерения энергии частицы независимо от длины и материала сцинтилляционных волокон, а также путем регистрации двухчастичных событий. На фиг. 1 представлена схема устройства вторым преобразователем излучения, т. энергии частицы независимо от длины и материала сцинтилляционных волокон, а также путем регистрации двухчастичных событий. Устройство содержит чувствительный элемент, состоящий из двух взаимно ортогональных пучков сцинтилляционных волокон. Первый фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и первый преобразователь изображения оптически соединены с торцами первого пучка волокон, расположенного вдоль оси X. Второй преобразователь излучения , подсоединенный к торцам второго пучка волокон, расположенного вдоль оси У, определяет координату X области взаимодействия частицы с чувствительным элементом . Зная координату X, коэффициент ослабления оптического излучения и амплитуду импульса первого ФЭУ, можно рассчитать энергию частицы даже для чувствительного элемента большой площади и сцинтиллятора, сильно поглощающего собственное излучение, например, германата висмута. Для регистрации двухчастичных событий устройство дополняется вторым ФЭУ, соединенным с другими торцами второго пучка волокон. 1 з. п. ф-лы, 6 ил. е. по п. 1 формулы изобретения: на фиг. 2 - чувствительный элемент вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид со стороны второго преобразователя излучения; на фиг. 4 - отдельные волокна первого и второго пучков сцинтилляционных волокон; на фиг. 5 - схема устройства с вторым фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). т. е. по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 6 - схема блока измерения энергии. Устройство по фиг. 1 содержит чувствительный элемент 1, состоящий из двух OQIOо ел ю о СА ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s G 01 Т 5/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

g,,-Êß;Ó,Ì

;ц:.;,т .:. .; ". -.Р -

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4629634/25 (22) 04.11.88 (46) 30.06.91, Бюл, N 24 (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте (72) А. И, Нечаев, М, С. Ольков и Е. А. Шелепков (53) 539,1,075(088.8) (56) ManfrediP., Microwertex detectors, pesent trends and future perspektlves, NucI.

Instr, and Meth. In Phys- Res, А 252, 1986, М

2, 233-224, В!пауз W, at аИ, Nucl. Instr. and Meth, in

Phys Res„A 251, 1986, 402-406, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для измерейия координат треков и энергии . заряженных частиц. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем измерения

Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для измерения координат треков и энергии заряженных частиц.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем измерения энергии частицы независимо от длины и материала сцинтилляционных волокон, а также путем регистрации двухчастичных событий.

На фиг. 1 представлена схема устройства вторым преобразователем излучения, т.. 5U„„1659935 А1 энергии частицы независимо от длины и материала сцинтилляционных волокон, а также путем регистрации двухчастичных событий. Устройство содержит чувствительный элемент, состоящий из двух взаимно ортогональных пучков сцинтилляционных волокон. Первый фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и первый преобразователь изображения оптически соединены с торцами первого пучка волокон, расположенного вдоль оси Х. Второй преобразователь излучения, подсоединенный к торцам второго пучка волокон, расположенного вдоль оси У, . определяет координату Х области взаимодействия частицы с чувствительным элементом. Зная координату Х, коэффициент ослабления оптического излучения и амплитуду импульса первого ФЭУ, можно рассчитать энергию частицы даже для чувствительного элемента большой площади и сцинтиллятора, сильно поглощающего собственное излучение, например, германата висмута. Для регистрации двухчастичных событий устройство дополняется вторым

ФЭУ, соединенным с другими торцами второго пучка волокон, 1 з. и. ф — лы, 6 ил. е. по и. 1 формулы изобретения; на фиг. 2— чувствительный элемент,вид сверху; на фиг.

3 — то же. вид со стороны второго преобразователя излучения; на фиг, 4 — отдельные волокна первого и второго пучков сцинтилляционных волокон; на фиг. 5 — схема устройства с вторым фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), т. е. по и. 2 формулы изобретения, на фиг, 6 — схема блока измерения энергии.

Устройство по фиг, 1 содержит чувствительный элемент 1, состоящий из двух орто1659935 гональных пучков сцинтилляцvloHHblx волокон, первый и второй преобразователи 2 и

3 изображения, первый ФЗУ 4, вычислитель

5 координат и блок 6 измерения энергии. На фиг, 2 представлен вид чувствительного элемента 1 сверху, т, е. по оси Z перпендикулярно чертежу, на ко горем видна часть первого пучка сцинтилллционных волокон

7. На фиг. 3 приведен вид чувсгвительного элемента 1 со стороны вторгно преобразо вателя 3 излучения, где видны торцы воло кон второго пучка сцинтилляционных волокон 8. Первые ФЭУ 4 v преобразователь 2 оптически подсоединены к торцам волокон первого пучка сцинтилляционных волокбн 7, а торцы второго пучка сцинтилляционных волокон 8 подсоединены к вто рому преобразователю 3 изображения.

Выходы преобразователей 2 и 3 подсоединены к входам вычислителя 5 координат, выход которого, а также выход первого ФЗУ

4 подсоединены к блоку 6 измерения энергии.

Устройство по фиг, 5 дополнено вторым

ФЭУ 9, оптически соединенным с торцами волокон второго пучка сцинтилляционных волокон 8, выход второго ФЭУ 9 соединен с третьим входом блока 6 измерения энергии, Блок 6 измерения энергии (фиг. 6) содержит процессор СР, двухпортовое запоминающее устройство РАМ, инкрементное двухпортовое запоминающее устройство

RAM--l N C.

Свет сцинтилляций, образуемых в процессе торможения заряженной частицы в области А (фиг. 4) чувствительного элемента

1, распределяется практически поровну по двум пучкам волокон 7 и 8, Часть его распространяется в направлениях +Х и --Y, в ре зультате чего на входах преобразователей изображения возникают две дискретные проекции оптического образа следа частицы. Преобразование в электрический сигнал, усиление и соответствующая обработка этих сигналов позволяют определить координаты X, Y, Z -- ме".то взаимодействия частицы. Другая часть света распространяется в направлении -Х и преобразуется первым ФЭУ 4 в электрический сигнал

LI QI /яиц p = — C" 1 ð

) х (} где I p — интенсивность света, образованная заряженной частицей в области А; (Х = IQ = — I — интенсивности света в д 1 д

2 волокнах пучков 7 (направле:- ных вдоль Х) и

8 (направленных вдоль У);

I-х — интенсивность света, достигшая фотокатода первого ФЭУ 4; у — коэффициент ослабления оптического излучения, 5 хд — средняя координата трека частицы.

Учитывая, что энергия частицы Е0=b I д из (1) получим

ХхА

Еос Ох е (2) gp g gН „ н Q (-н н р - н, (3) С учетом I = — Ед . I = — Ев и обозA 1 в 1 начая л „ 410, решая (3) получим

U„å-Мь О,е- " ь

-x(x> Ч,1 -ж(д+хь1 (i,- Ч u „ - x х(хь д) 3 ь хд) где Ед и Еп — энергия частиц А и В.

Представляя экспоненты рядами и ограничиваясь двумя членами разложения, получим,, О „(<-xq,)- U,(<- жх, 1

Е = ) (-qp + хд -х,) м

/ 1

Ug (I- мQ p) - Uy(E-мх 1

Е (LJQ

4О

Реализация алгоритмов (2) и (5) может быть осуществлена с помощью блока 6 измерения энергии (фиг. 6).

Сигналы с выходов первого и второго

ФЭУ 4 и 9 — Ux, Uy и вычислителя 5 координат хд, хв; уд, уе поступают на вход запоминающего устройства RAM u обрабатываются в соединенном с ним процессоре CP. Выходная информация EA,Ее с процессора CP накапливается в виде спектров в инкрементном двухпортовом буферном запоминающем устройстве RAM — НЧС, В качестве преобразователей изображения и вычислителя координат можно использовать примененные в известном устройстве, В зависимости от решаемой задачи можно использовать любые спектро1О где а, b с — константы преобразования.

Определив хд и Ux, при известной с находим Ео,. В случае двухчастичного взаимодействия (в областях А и Б фиг. 4) сигнал на выходах первого ФЭУ 4 и второго ФЭУ 9 будет соответственно равен;

И ц", g "(Н -нннн н жн, 1659935 метрические ФЭУ, например ФЭУ вЂ” 118, Ф ЭУ вЂ” 49.

Для реализации блока измерения энергии могут быть использованы векторный (или матричный) процессор CP типа "Элект- 5 роника МТ вЂ” 70M" (МС вЂ” 1б02) двухпортовое запоминающее устройство RAM INC (например в виде 6х16 регистров) и для накопления спектров ЕА, Ев инкрементное двухпортовое запоминающее устройство 10

RAM — lNC, принцип построения которого аналогичен устройству накопления стандартного анализатора импульсов (например

АИ вЂ” 1024 — 95).

Таким образом, данные, получаемые с выходов предлагаемого устройства, достаточны для определения Ед, Ец в соответствии с выражениями (2), (4) и (5), Так как эти выражения получены без каких-либо ограничений 20 на параметр gI =g Х,уХА,уХв (! — длина волокна), то в детекторах можно использовать практически любые сцинтилляционные материалы, даже такие, как германаты висмута и вольфраматы кадмия, которые, имея 25 плохую прозрачность к собственному излучению, обладают высокой эффективностью регистрации, в том числе к гамма-излучению. Отсутствие ограничений на I позволяет изготавливать детекторы с большой пло- 30 щадью (большой чувствительностью). Возможность раздельной регистрации энергии в устройстве позволяет использовать его при изучении двухчастичных взаимодействий, а также при создании приборов, ис- 35 пользующих этот эффект, например в комптоновских гамма-телескопах.

Формула изобретения

1. Устройство для определения треков заряженных частиц, содержащее первый пучок сцинтилляционных волокон, оптически соединенные с его торцами с разных сторон первые фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и преобразователь изображения, вычислитель координат, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя изображения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функцио-. нальных возможностей устройства путем измерения энергии частицы независимо от длины и материала сцинтилляционных волокон, в него введены дополнительно второй пучок сцинтилляционных волокон, оптически соединенный с одним из его торцов, второй преобразователь изображения и блок измерения энергии, первый и второй входы кбторого соединены с выходами первого ФЭУ и вычислителя координа-, выход второго преобразователя изображения соединен с вторым входом вычислителя координат, причем ряды волокон второго пучка сцинтилляционных волокон расположены между рядами волокон первого пучка ортогонал ь но.

2. Устройство по и. 1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью дальнейшего расширения функциональных возможностей устройства путем регистрации двухчастичных событий, в него введен второй ФЭУ, оптически соединенный с другими торцами волокон второго пучка сцинтилляционных волокон, выход которого соединен с третьим входом блока измерения энергии, 1659935

1659935

0m

ФЯУ

Редактор А.Лежнина

Заказ 1843 Тираж 300 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

dm изб . IMP. Ь//.

Составитель M.Данилов

Техред М.Моргентал Корректор H.Êîðoëü