Черенковский счетчик частиц
О П И С А Н И Е 382985
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 14.Ч1.1971 (¹ 1661653/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 23.Ч.1973. Бюллетень ¹ 23
Дата опубликования описания 24Х111.1973
М. Кл. G Olt 1/22
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете тлинистров
СССР
УДК 539.1.074.4(088;8) Автор изобретения
Л,М. Сороко
Объединенный институт ядерных исследований
Заявитель
ЧЕРЕНКОВСКИй СЧЕТЧИК ЧАСТИЦ
Известен черенковский счетчик частиц, предназначенный для измерения спектра скоростеи коллимированных частиц, состоит из цилиндрического радиатора, цилиндрического зеркала, подвижной диафрагмы и двух фотоумножителеи. 11араллельные лучи, которые испускаются частицами, проходящими через радиатор вдоль его оси, фокусируются в точку н а выходной сферической поверхности. Цилиндрическое зеркало отражает лучи, сходящи еся в кольцо на его внутренней поверхности в точку н а оси. Система светосброса состоит из подвижной диафрагмы. Выбор угла испускания черенковского излучения осуществляется перемещением диафрагмы и фотоумножителей вдоль оси детектора. Два фотоумножителя включены в схему совпадений, благодаря чему подавляется эффект шумов, не коррелированных во времен и.
Основная трудность, с которой встречается экспериментатор при работе с черенковским счетчиком, малая интежсивность излучения, составляющая по порядку величины около
100 фотонов на 1 см пути одноразрядной частицы. Поэтому обычно шумы фотоумножителя сравнимы по порядку величины с импульсом от черенковского излучения.
С другой стороны, кроме некоррелированных шумовых импульсов, существуют также другие причины появления фоновых отсчетов счетчика. Так например, физический фон может быть образован ложными сигналами на выходе двух фотоумножителеи, когда происходит одновременное, коррелированное выбивание фотоэлектронов с фотокатодов обоих фотоумножителей. Агентом такого процесса может оыть проникающее излучение. 11ри высоком уровне последнего количества ложных сиги алов такой природы может стать недопу10 стимо большим. сли индицирующее проникающее излучение состоит только из заряженных частиц, то применен и е системы сцинтилляционных счетчиков, включенных на антисовпадения с черенковским счетчиком, позволяет снизить такои фон. Однако, если это гаммакван ты или нейтроны, то подобная мера оказывается малоэффективной.
К повышению интенсивности черенковского излучения ведут как увеличение толщины ра20 диатора, так и расширение угла захвата светособирающей системы. Но одновременно с этим теряется разрешающая способность, т. е. любая операция, приводящая к увеличению интенсивности черенковского излучения, кото25 рое достигает фотоумножителя, сопровождается ухудшением разрешающей способности счетчика.
Цель изобретения — подавление входа шумов и коррелированного фона фотоумножите30 ля при сохранении исходного углового разре382985
55 б0 шения счетчика и скорости счета полезных событий.
Это достигается тем, что фокусирующая система счетчика выполнена в виде пораболического зеркала, состоящего и з набора элементарных кольцеобразных зеркал, расположен i ûõ îíöåíòðè÷åñêè па взаимно параллельных концентрических осях качания так, ITo каждое элементарное зеркало занимает одно из двух крайних положений на углу качания, а выходы двух светорегистрирующи х систем включены в,противофазе с реверсивным счетчиком электрических импульсов.
Предлагаемый черенковски и счетчик частиц, функционирующий по схеме дифференциального отбора черенковского излучения по углу, позволяет при прочих равных условиях дополн ительно ослабить эффекты шумов и физического фона фотоумножителя. 11редлагаемый черенковский счетчик характеризуется следующими показателями: существенно более высокой скоростью счета черенковских импульсов на выходе каждого из умножителей оез ухудшения разрешающей способности счетчика по углу; взаимным погашением физического фона, вызванного проникающим излучением или иными агентами коррелированного вырывания фотоэлектронов в фотоумножителях; улучшенным соотношением числа полезных и фоновых импульсов, что позволяет наблюдать оолее редкие события, чем это допустимо в известном черенковском счетчике.
Все эти свойства достигаются заменой однородного цилиндрического зеркала, направляющего в систему светосбора черенковское излучен ие в узком интервале угла Ьд на гетерогенную многоэлементную систему, состоящую из м независимых элементарных зеркал.
Ла чертеже схематически изооражен предлагаемыи черенковскии счетчик.
Он содержит цилиндрический радиатор ./, гетерогенное параболическое зеркало 2 светособирающие зеркала д, 4 светоделители 5 и 6 и фотоумножители 7, 6 .
Частица движется вблизи оси цилиндрического радиатора l. Черенковское излучение, вышедшее из торца радиатора, попадает на гетерогенное параболическое зеркало 2, разрезанное на кольцевые элементарные зеркала.
Шири на кольца отвечает оптимальному угловому разрешению системы (c учетом толщины и формы и материала радиатора, сорта частицы, расходимости частиц).
Элементарные кольцеобразные зеркала расположены концентрически и держатся во взаимно параллельных осях качания так, что каждое элементарное зеркало может независимо занимать одно из двух крайних положений, поворачиваясь на малый угол вокруг
"воей оси качания. Каждое из элементарных зеркал пропускает свет на одно из двух светособирающих зеркал 8 и 4 независимо от того, куда фокусируются свет в двух соседних зеркалах. Вози икает две, дополняющие друг друга, гетерогенные зеркальные поверхности. Светособирающпе зеркала 8 и, 4 направляют далее свет в соответствуюшие светорегистрирующие системы, каждая из которых состоит из светоделителя 5 и б и н ескольких фотоумножителей 7 и 8.
Такая система является мультиплексной, т. е. такой, которая содержит всего один канал связи и один приемник информации, но информация, регистрируемая приемником, имеет многоканальную природу, например, поступает от нескольких датчиков. В данном случае мультиплексность означает, что фотоумножитель сосчитывает одновремен но все акты прохождения частиц, черенковское излучение которых попадает в широкий диапазон углов. Задача состоит и в том, чтобы не перепутать между собой данные, относящиеся к различным интервалам углов. Это достигается с помощью бинарного мультиплексного кодирован ия, например, с использованием псевдослучайной последовательности чисел
g (i) (i) =1, 2..., М, обладающих хорошими корреляционными свойствами. Такая последовательность должна обладать свойством циклической ортогональности, так что функция корреляции равна
g (i) g (i + k) = (М + 1) 6 (й) — 1 (1) Чтобы выполнить эти условия, достаточно выбрать последовательность g (i) изоморфной строке усеченной матрицы из семейства матриц Адамара. Например, при числе элементарных зеркал М = 11 последовательность
g (i) имеет вид
+1, +1, — 1, +1, +1, +1, — 1, — 1, — 1, +1, — 1 (2) Всего выполняют М измерений.
При этом от одного измерения к другому форма гетерогенных поверхностей, соответствующих последовательности чисел (+1) и (— 1), циклически меняется. Например, если при первом и змерении зеркала образуют рельеф в соответствии с кодом
+1, +1, — 1, +1, +1, +1, — 1, — 1, — 1, +1, — 1 то при втором измерении форма зеркал отвечает коду — 1, +1, +1, — 1, +1, +1, +1, — 1, — 1, — 1, +1
Для выполнения операции переброса каждого элементарного зеркала из одного крайнего положения в другое, служит система электромагнитных приводов.
Счетчик имеет два выхода от разных светорегистрирующих систем. Выходы включен ы в противофазе с реверсивным биполярным счетчиком. Измеряемый величиной является алгебраическая разность
Л N (i) =- N + (i) — N — (i) (3) Эффект шума фотоумножителя при такой логике наблюдения подавляется потому, что шум фотоумножителя не закодирован, и по382985
С"".ñòавпт"па Г. Соподуков
Текред Е. Бор»ссва
Рспакт,p T. Шагова
Корректор Е. Денисова
Заказ 2345,2 Из,т. ¹ 670 ПопписноЦНИИПИ " омитета по непаз. изопретенпй и отк";птиi|! ппп Сов.T. Министров СССР
Москва )К-35 Ра: il!cEBB нзв и. -1 5
Типограф;.гп,- s. Сапунова, 2 ступает прямо в счетное устройство, в то время как искомая информация — угловое распределение квантов черенковского излучен|ия — закодирована. Поэтому отсутствует метка, которая указывала бы, в какой участок углового распределения попадает шумовой импульс. На стадии восстановления этот импульс шума «размазывается» по всему н аблюдаемому угловому диапазону вследствие широкополосной природы кодирующей последовательности чисел g (i). Все это приводит к тому, что эффект шума счетчика ослабевает примерно в Р М раз.
Эффект физического фона, когда ложные импульсы в обоих фотоумножителях возникают одновременно, полностью гасит сам себя.
Это происходит потому, что выходы от фотоумножителей включены взаимно в противофазе с биполярным реверсивным счетчиком (см. выражение 3).
Измеренные промежуточные данные ЛМ () подвергают восстанавливающей обработке путем осуществления операции корреляц.-, и с последовательностью чи ел g (!) (см. выражение 2). Возможн ость обратимого восстановления исходной информации вытекает из циклической ортогональности последовательности чисел д (i) (см. выражение 1).
5 Предмет изобретения
Черенковский счетчик частиц с использованием цилиндрического радиатора, оптической системы фокусировки света, системы светосбора, схем совпадений, счетчиков электриче10 ских импульсов и светорегистрирующих систем, содержащий светоделители и фотоумножи гели, отличающийся тем, что, с целью подавления вклада шумов коррелированного фона фотоумножителей, при сохранении исходно15 го углового разрешения счетчика и скорости счета полезных событий, система фокусировки выполнена в виде параболического зеркала, состоящего из набора нескольких элементарных кольцеобразных зеркал, расположенных
20 концентрически на взаимно параллельных осях качания так, что каждое элементарное зеркало занимает одно из двух крайних пололений по углу качания, а выходы двух светорегистрирующих систем включены в противо20 фазе с реверсивным счетчиком электрических и м и ул ьсо в.
