Способ освещения и фотографирования следов заряженных частиц в трековых камерах

 

О П Союз 4аветеюв

Соцналнстнмескнх

Ресвублнк

".- ) 717682

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВИЛ С ВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.06.78 (21) 2636388/18-25 (51) М. Кл

G 01 Т 5/06 с присоединением заявки №вЂ”

Гюсударственны9 кемнтет

СССР на делам нэебретеннй н еткрытнй (23) Приоритет— (53) УДК 539.1. . 074. 27 (088. 8) Опубликовано 25.02.80. Бюллетень 7

Дата опубликования описания 25.02.80 (72) Автори изобретения

М. В. Стабников и М. А. Томбак

Ленинградский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОСВЕЩЕНИЯ И ФОТОГРАФИРОВАНИЯ СЛЕДОВ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ТРЕКОВЫХ КАМЕРАХ

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может быть применено для изучения ядерных взаимодействий и свойств заряженных частиц.

Известен способ фотографирования следов в трековых камерах путем просвечивания ее объема двумя взаимно перпендикулярными лазерными пучками и регистрации двух картин дифракции далекого поля с дальнейшим извлечением информации из них с помощью когерентной системы обработки (1J. Способ предполагает фиксацию дифракционных картин с низкими значениями контраста. При этом значительную роль играют помехи, источниками которых могут служить несовершенства оптики и камерных стекол, а также пылинки в большом диапазоне расстояний. Близко расположенные элементы трека дают перекрывающиеся дифракционные картины. Это ведет к ухудшению качества получаемой информации.

Кроме того, фиксация картин далекого поля производится на большом удалении 1 от камеры (оптимальное значение L 10 м для пузырьков размером )0,5 мм). Это обусловливает большую громоздкость устройства (необходимо учесть, что регистрация на таком расстоянии ведется в двух взаимно перпендикулярных направлениях), которая не всегда возможна в реальных экспериментальных условиях (например, при работе камеры в зазоре магнита). Картины дифракции Фраунгофера регистрируются на пластинках, покрытых фотоэмульсией с труднодостижимыми параметрами и со значительными размерами, соответствующими величине сечения просвечивающего камеру лазерного пучка или превышающими ее. Перечисленные обстоятельства, а также несовершенство существующих когерентных систем обработки изобра кений усложняет практическое воплощение способа.

Известен также способ регистрации следов частиц, по которому объем камеры освещают двумя коллимированиыми пучками лазерного света, проецирующими следы частиц на фотоматериал через масштабирующие объективы, установленные в области дифракции Френеля (ближнее поле) (2).

Это позволяет фиксировать теневые проекции треков с высоким контрастом. Тенегрвммы, получаемые на стандартных фотоплен3 717682 ках, обмеряют на существующих установках обработки фильмовой информации.

Реализация способа затрудняется необхбдимостью применения высококачественных масштабирующих объективов большого светового диаметра (т. е. уникальной астрономической оптики).

Ближайшим по техническому решению к предлагаемому является способ осве Кения и фотографирования следов заряженных частиц в трековых камерах, по которому следы частиц с помощью параллельных световых лучей проецируют на экран и фотографируют с него тени, образуемые элементами следов (3).

Удаление экрана от следа в этом способе ограиичивается допустимыми размыванием д теней элементов следа за счет реально существующей расходимости световых лучей, а также размыванием и ухудшением контраста теней элементов следа вследствие дифракционных явлений. Способ йозволяет избежать искажения светлопольных проекций следов, возникающих, например, при их фотографировании с помощью зеркальных параболоидов вращения, фокусйрующих свет, прошедший сквозь камеру, в объективы фот оаппа ратов.

Ы

Недостатки способа- связаны с необходимостью пропускания световых пучков боль—

tiIot 0 ããîïåðåчиого размера сквозь все стенки камеры (выполненной, напримеб," "в виде

"" Прямоугольного параллелепипеда со всеми гранями из оптического стекла высокого ,качества). ЭТо"ведеТ к "йлотному о1груЖению камеры элементамй системы освещения и фотограф йрования и невозможности размещения вблизи от камеры другого обору -дования, что затрудняет условия проведения экспериментов. Применение способа налагает также серьезные ограничения на раз-меры камеры во всех направлениях (за счет

"невозможности удаления экранов на расстоянии >О,5 м от следа), чем значительно уменьшается возможная эффективность ло работы камеры, достигаемая обычно за счетвытянутости ее по пути движения частиц (особенно в случае газонаполненных камер), а также ухудшается точность. определения импульсов частиц при работе в магнитном поле. Задача изготовления камеры; полностью прозрачной во всех направленйях, йрактически почти неразрешима (особенно в случае камер Вильсона" и пузырьковых камер с громоздкими механизмами изменения давления внутри камер) . Все это делает способ se трудно осуществимым и ограничивает возможности его реализации в физическом экс="пЕр и м енте. "

Целью изобретения является yittpoiqåíèå способа без ухудшения качества получаемой информ ации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе освещения и фотографирования проекций следов частиц в трековьгх камерах, при котором следы частиц с помощью параллельных световых лучей проецируют на экран и фотографируют с него тени, образуемые элементами следов, создают с помощью лазеров; излучающих в разных диапазонах длин волн, и телескопических устройств, пучки параллельных- лучей разного цвета, направляют их через две противоположные стенки камеры на один экран и разделяют при фотографировании с помощью светофильтров теневые проекции следов, соответствующие разным направлениям освещения.

В предлагаемом способе, в отличие от известного, световые пучки сходятся на одном экране, что ведет к упрощению системы освещения и фотографирования, а также к освобождению значительного пространства вокруг Камеры для другой экспериментальной техники. Снимаются ограничения на размеры камер в двух направлениях, что расширяет возможности их применения в физических экспериментах. Значительно упрощаются конструктивные требования к камерам в связи с переходом к одной паре оптически прозрачных стенок. Предлагаемый способ легко реализуется в устройствах для фотографирования трековых камер любых типов. При этом полупрозрачный экран может выполнять роль одной из стенок камеры.

Известно,-что для получения полной информации о пространственном расположении объекта нет необходимости фиксировать три его проекции на взаимно перпендикулярные плоскости. Обычно достаточную точность восстановления координат следов частиц обеспечивают две фотографические проекции (стереопара) при угле между ними

10 — 30 . В предлагаемом способе также следует считать оптимальным использование двух колли мированных световых пучков, один из которых направляют перпендикулярно к экрану, а другой — под углом 10 — 30 к первому. Косоугольиость второй проекции легко учитывается при расчете пространственного расположения трека. Вместе с тем, способ позволяет применять для освещения объема камеры и три пучка с углами между их осями от нескольких градусов до прямого и более, т. е. позволяет работать с тремя прямоугольными проекциями, как это делается в известном способе.

Таким образом, способ относительно прост и не ухудшает качестВа получаемой информации.

Возможна модификация способа, по которому камеру освещают двумя -Моллимированными световыми пучками со взаимно ортогональной поляризацией, а разделение проекций следов при фотографической регистрации осуществляют с помощью поляризационных светофильтров. !

717682

Кроме того, возможна такая модификация способа, при которой тени следов проецируют не на пропускающий рассеивающий экран, а на диффузно-отражающий, фотографирование же ведут со стороны падения на экран световых лучей.

Этот вариант способа обеспечивает еще большую компактность соответствующих устройств. Он наиболее применим в случае использования стримерной камеры, так как фотографирование с экрана ведется на фотопленку низкой чувствительности, и регистрация теневых проекций следов возможна прямо через объем камеры без искажений за счет фоновой засветки излучением стримеров (фоторегистрация собственного слабого свечения стримеров требует применения фотоматериалов наивысшей чувствительности).

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — изображения теневых проекций треков ф-частиц в стримерной камере, полученные фотографированием с воскового пропускающего экрана (вертикальные линии— проволочки электродов) .

Устройство включает в себя два импульсных источника световых лучей разного цвета (или со взаимно ортогональной поляризацией) 1 и 2, объектив 3, камеру 4, рассеивающий пропускающий экран 5, светофильтры 6 и 7 и фотоаппараты 8 и 9.

Объективом 3 лучи света от источников 1 и 2 коллимируются в два световых пучка, которые под углом друг к другу пропускают

-сквозь рабочий объем трековой камеры 4, в результате чего на экране 5 образуются тени элементов следов частиц. Эти изображения фотографируют с экрана фотоаппаратами 8 и 9 через светофильтры 6 и 7, каждый из которых пропускает свет, соответствующий по цвету или состоянию поляризации свету, испускаемому одним из источников 1 или 2. На фотопленках получают раздельные изображения двух теневых проекций следов, соответствующих выбранным направлениям освещения камеры.

В качестве источников света предпочтительно применять импульсные лазеры, излучение которых легко коллимируется в пучки с относительно малой расходимостью. Эти обстоятельства, а также когерентность лазерного света позволяют получать более контрастные тени элементов следов, чем при использовании других источников света.

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Источники света: лазер на рубине ОГМ-20 (длина волны излучения

Л = 694 нм) и лазер на неодимовом стекле с удвоением частоты излучения Л = 530 нм).

Излучение лазеров расширялось с помощью отрицательных линз с фокусным расстоянием F = — 65 мм. Два коллимированных световых пучка с углом между ними а = 24

6 формировались двумя объективами со световым диаметром D = 150 мм и F = 1600 мм.

Световые пучки пропускались сквозь стримерную камеру с рабочим объемом 150 Х

Х 150 Х 50 мм и попадали на направленно рассеивающий восковой экран с толщиной слоя воска 0,3 мм, установленный в 7 см от камеры. Фотографирование производилось двумя фотокамерами «Зенит-Зм» с объективами «Гелиос-44» на фотопленку ФПГВ2 с чувствительностью $о,q > О,1 ГОСТ и о разрешающей способностью R >1000 мм .

Светофильтры-. красное стекло КС-10 с коэффициентами поглощения k (Л = 530 нм) =

= >10 мм и k> (Л = 690 нм) = 0,016 мм- ., сине-зеленое стекло С3С-22 с k (Л =

- = 530 нм) = 0,048 мм и k )(Л = 690нм)=

1$

=3,6 мм .

Пример 2. Источники света: два лазера на органических красителях родомин С (Л =

= 630 нм) и кумарин () = 440,нм), накачиваемые двумя азотными импульсными

gy лазерами АИЛ-3. Светофильтры: сине-зеленое стекло СЗС-22 с коэффициентами поглощения ki (Л =440 нм) = 0,007 мм и 1с (Л = 630 нм) = 1,34 мм ". и оранжевое стек- ло ОС-12 с ki (Л =440 нм) =10 мм и k» (Л = 630 нм) = 0,012 мм . Фотопленка

2$ «Изопахром- 18» (5о85 — — 120 ед, ГОСТ, К = 300 мм ). Остальные элементы — те же, что в примере 1.

Пример 3. Источник света: рубиновый лазер ОГМ-20. Излучение лазера расщеп$ лялось на два пуча со взаимно ортогональной поляризацией с-помощью поляризационной призмы-разветвителя. Пропускающий рассеивающий экран выполнен из матирован— ного стекла, не вызывающего деполяризации света. Перед фотоаппаратами устанавливаЗ$ лись поляризационные светофильтры. Остальные элементы те же, что и в примере 1.

Во всех случаях получены снимки теневых проекций треков частиц от источника Яг. На каждом из двух снимков, полученных одновременно, отчетливо видна одна проекция, выбираемая с помощью светофильтра (см. фиг. 2).

Использование предлагаемого способа позволяет относительно легко осуществить фотографическую регистрацию с одного эк° $ рана всех необходимых теневых проекций следов частиц, образуемых параллельными световыми лучами, проходящими сквозь объем трековой камеры. При этом способ не налагает ограничений на размер камеры в направлении прохождения частиц, что позволяет использовать камеру с высокои э<рфективностью, сокращать время на выполнение эксперимента, улучшить точность опре— деления импульсов частиц при работе камеры в магните.

$$

Формула изобретения

1. Способ освещения и фотографирования следов заряженных частиц в трековых . 7176ß "

Фиг. /

Фиг, 7

Составитель Ю. Алешйн

Редактор Т. Иванова Техред К. Шуфрич Корректор М. Пожо

Заказ 9861/69 Тйраж 649 Подписное

ЦН ИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 камерах, при котором следы частиц с помощью параллельных световых лучей проецируют на экран и фотографируют с него тени, образуемые элементами следов, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, " создают с помощью лазеров, излучающих в разных диапазонах длин волн, и телескопических устройств, пучки параллельных лучей разного цвета, направляют их через две противоположные стенки камеры на один экран и разделяют при фотографировании с помощью светофильтров теневые проекции 19 следов, соответствующие разным направлениям освещения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что создают два коллимированных световых пучка со взаимно ортогональной поляризацией, а разделение проекций следов при фотографировании осуществляют с г/омощью поляризационных светофильтров.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют диффузно-отражающий экран, а фотографирование вЕдут со стороны падения на экран световых лучей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство СССР № 377721, кл. G 01 Т 5/06.

2. N. S Kozlov, N,l. М., 140, № 1, рр. 125—

131, 1977.

3, Авторское свидетельство СССР № 158029, кл. G 01 В 15/22.