Устройство для поиска следов частиц

 

Изобретение относится к технической физике. Его использование в спектрометрических приборах позволяет повысить быстродействие за счет увеличения отношения сигнал/шум. С этом целью оптическая часть устройства дополнена положительной линзой , а электрическая - перемножителем сигналов , ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 Т 5/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ы ! ь (21) 4793547/25 (22) 21.02.90 (46) 23.06.92. Бюл. М 23 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) А.Кишваради. Л.М.Сорока, B.Â.Òåðåщенко и И.Торма (53) 543.52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1341596, кл. 6 01 Т 5/10, 1986.

Изобретение относится к ядерной физи-. ке, а именно к экспериментальной физике элемен арных частиц, и может быть использовано при исследовании короткоживущих частиц на пучках нейтрино от ускорителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для просмотра ядерной фотоэмульсии, которое содержит источник коллимированного пучка света, линзу преобразования Фурье, мезооптический элемент с кольцевым откликом, снабженный первым и вторым световодами, на выходах которых установлены одноименные фотоприемники, выходы которых соединены с входами одноименных дифференцирующих блоков, а также систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии и блок записи данных, при этом выходы дифференцирующих блоков и выход системы перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии подключены к входам блока записи данных.

Свет из источника коллимированного пучка света проходит через линзу преобразования Фурье и прекращается в сходящийся пучок света с кроссовером в месте а > Ы <и> 1 742758 А 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА СЛЕДОВ

ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к технической физике, Его использование в спектрометрических приборах позволяет повысить быстродействие за счет увеличения отношения сигнал/шум, С этом целью оптическая часть устройства дополнена положительной линзой, а электрическая — перемножителем сигналов, 1 ил. расположения мезооптического элемен. а с кольцевым откликом и просвечивает слой ядерной фотоэмульсии, Дифрагированный на прямом следе частицы свет попадает на мезооптический элемент с кольцевым откликом, который формирует левое и правое мезооптическое изображение на входах первого (левого) и второго (правого) световодов. С выходов одноименных световодов свет падает на входы одноименных фотоприемников. Далее одноименные сигналь фототока с выходов одноименных фотоприемников попадают на входы одноименных дифференциальных блоков. Сигнальi с выходов дифференциальных блоков поступают на входы блока записи данных. На третий вход блока записи данных поступает информация о положении ядерной фотоэмульсии из системы перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, Два мезооптических изображения прямого следа частицы перемещаются в пространстве одновременно с движением ядерной фотоэмульсии относительно освещающего пучка света. При этом мезооптические иэображения попадают на входные

1742758

50 торцы световодов в различные моменты времени, и разность между ними является мерой z-координаты наблюдаемого следа частицы. Сигналы фототока в реальном эксперименте видны на фоне равномерной засветки от отдельных зерен серебра, случайно разбросанных в слое ядерной фотоэмульсии.

Чтобы подавить указанный фон, сигналы фототоков подвергают дифференцированию в двух дифференцирующих ячейках. На выходе каждой дифференцирующей ячейки возникает биполярный сигнал времени. Моменты появления двух пар биполярных сигналов т +, t — в левом плече и r +, т — в

L и правом плече устройства заносят в блок записи данных.

При работе известного устройства включают источник коллимированного пучка света, фотоприемники, дифференцирующие блоки, систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, а также блок записи данных, Устанавливают ядерную фотоэмульсию в рабочее положение и начинают поиск следов частиц заданной ориентации, Скорость перемещения равна v, шаг отсчета Лх, а тактовая частота f = и/ Лх, По моментам появления двух пар биполярных сигнапоа t +, z â€, г +, г — находят х-координаР R ту следа частицы х = Ч(ТL +z" — +7++rR — ) (1) и z-координату того же следа частицы

Z=2i(+-+И-(-+ "-)) (2)

Недостаток известного устройства состоит в том, что он может работать только для апоп не оп редел ен ного уровня фона. Если уровень фона выше этого значения, то возникают ситуации, когда на входы блока записи данных поступает не четыре, а только три биполярных сигнала. В этом случае просмотр ядерной фотоэмульсии приходится производить повторно. Несмотря на то, что подобные ситуации возникают не для каждого следа частицы, необходимость в повторных операциях поиска следа частицы приводят к снижению быстродействия известного устройства.

Цель изобретения — повышение быстродействия за счет увеличения отношения сигнал/шум, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для поиска следов частиц, содержащее последовательно расположенные источник коллимированного пучка света, линзу преобразования Фурье, мезооптический элемент с кольцевым откликом, снабженный первым и вторым световодами, на выходах которых установлены одноименные фотоприемники, выходы которых, соединены с входами одноименных дифференцирующих блоков, а также систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии и блок записи данных, выход системы перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии соединен с входом блока записи данных, введены положительная цилиндрическая линза, установленная на оси коллимированного пучка света, а также блок перемножения сигналов, при этом первые выходы первого и второго дифференцирующих блоков соединены с входами блока перемножения сигналов, выход которого и вторые выходы дифференцирующих блоков соединены с входами блока записи данных.

На чертеже приведено предлагаемое устройство.

Устройство содержит источник 1 коллимированного пучка света, положительную цилиндрическую линзу 2, линзу преобразования Фурье 3, мезооптический элемент 4 с кольцевым откликом, систему 5 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, первый и второй световоды 6, первый и второй фотоприемники 7, первый и второй дифференцирук щие блоки 8, блок

9 перемножения сигналов, блок 10 записи данных.

Свет из источника 1 коллимированного пучка света проходит через положительную цилиндрическую линзу 2, линзу преобразования Фурье 3 и просвечивает рабочий участок ядерной фотоэмульсии, скрепленный с системой 5 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, Мезооптический элемент 4 с кольцевым откликом формирует два мезооптических изображения, первое (левое) и второе (правое), которые попадают на входы одноименных световодов 6, которые "видят" всю освещенную область ядерной фотоэмульсии, Сигналы фототока, возникающие одновременно в первом (левом) и втором (правом) фотоприемниках 7, поступают на входы одноименных дифференцирующих блоков

8. С первых выходов первого и второго дифференцирующих блоков 8 сигналы поступают на два входа блока 9 перемножения сигналов. В блок 10 записи данных поступают сигналы с выхода блока 9 перемножения сигналов и с вторых выходов дифференцирующих блоков 8.

Благодаря тому, что фоны в первом (левом) и втором (правом) плечах пг::;длагаемого устройства являются независимыми, результирующий фон дл I сигналов на выхо1742758

55 де блока 9 перемножения сигналов оказывается существенно меньше фона на выходе каждого дифференцирующего блока 8.

Устройство для поиска следов частиц работает следующим образом.

Включают источник 1 коллимированного пучка света, фотоприемники 7, дифференцирующие блоки 8, блок 9 перемножения сигналов, блок 10 записи данных, а также систему 5 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, Ядерную фотоэмульсию устанавливают в рабочее положение так, чтобы ориентация искомого следа частицы была параллельна узкой освещенной области слоя ядерной фотоэмульсии, но перпендикулярна вектору скорости v движения ядерной фотоэмульсии на стадии поиска. Процесс ведут до тех пор, пока в блок 10 записи данных не поступит сигнал искомого следа частицы. Предлагаемое устройство может работать без сбоев при более высоком уровне фона от случайных зерен серебра, чем известное.

Не возникает необходимости в проведении повторных операций поиска, что приводит в конечном счете к повышению быстродействия устройства.

Пример. Ширина освещенной области равна 8 мкм на толщину ядерной фотоэмульсии 200 мкм. Скорость движения ядерной фотоэмульсии ч = 10 мм/с, шаг отсчета Лх

= 2 мкм, тактовая частота всех электрическиэлектронных операций равна 5 кГц. Размеры входных торцов световодов 6 равны 0,02"

2мм, В наиболее типичном случае число зерен серебра, освещенных в пределе поля зрения устройства, равно S = 300+ 16, а интенсивность фона от случайно разбросанных зерен серебра соответствует N =

10 10 зерен. После дифференцирова4 „2 ния от фона остается флуктуирующая компонента с инте;сивностью a м = 100 зерен.

Соотношение сигнала к шуму, которое в исходном сигнале фототока равнялось $/N

= 3: 100., улучшается до $/ 0 g = 3: 1. После перемножения двух продифференцирован5 ных сигналов в блоке 9 перемножения сигналов соотношение сигнала к шуму станет равным 9: 1.

Двухкаскадная система подавления шумов в предлагаемом устройстве позволяет

10 улучшить отношение сигнала к шуму в 270 раз. Приведенные оценки были проверены экспериментально. Вместо ожидаемого отношения сигнала к шуму на выходе блока 9 перемножения сигналов, равного 9: 1, было

15 найдено, что отношение сигнала к шуму равно 7,5: 1. Быстродействие устройства повысилось в 1,7 раза.

Формула изобретения

Устройство для поиска следов частиц, 20 содержащее последовательно расположенные источник коллимированного пучка света, линзу преобразования Фурье, мезооптический элемент с кольцевым от. кликом, снабженный первым и вторым све25 товодами, на выходах которых установлены одноименные фотоприемники, выходы которых соединены с входами одноименных дифференцирующих блоков, а также систему перемещения и контроля положения

30 ядерной фотоэмульсии и блок записи данных, выход системы перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии соединен с входом блока записи данных, о тлича ю щееся тем,что,сцельюповышения

35 быстродействия за счет увеличения отношения сигнал/шум, в устройство введены блок перемножения сигналов и положительная цилиндрическая линза, установленная на выходе источника коллимированного пучка

40 света, первые выходы первого и второго дифференцирующих блоков подключен к входам блока перемножения сигналов, выход которого и вторые выходы дифференцирующих блоков соединены с соответствующими

45 входами блока записи данных, 1742758

50

Редактор Н.Тупица

Заказ 2283 Тираж 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

«««,«

«t ,.I,l».

Составитель Л.Сороко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л«Бескид