Вершинный детектор частиц

 

ВЕРШИННЫЙ ДЕТЕКТОР ЧАСТЩ, содержащий трековую камеру, импульсные лазеры, систему формирования скрещенных пучков света, фоторегистратор с объективами и электронный блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования информации, переносимой лазерными пучками света, диафрагма казвдого объектива выполнена в виде непрозрачной шторки 1с кольцом для пропускания света, центр кольца расположен на оптической оси, радиус кольца R и ширина кольца Д R выбраны из условий 0, 2L, «т Лх i где X - длина волны света; (Л L - расстояние между трековой камерой и фоторегистратором дх - требуемое пространственное разрешение по объекту; - требуемая глубина резкости Н по объекту. с :л э э :л ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ сси с

РЕСПУБЛИК

ИЮ 01) З(д) С 01 Т 5/06

М с " ИИрф ! МФ4 и фтр;1ТЩ1:й

Л. . Ф1, (.1ф ."эЙЬ4Я(4 Щ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к с втсв сна мт с висвтвпьств т

0,38 hL Н ах 21 х Н где

Ь

hx—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) -3238408/18-25, (22),26.01.81 (46) 15 ° 03.84. Бюл. У 10 (72) Л.М.Сороко .(71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 539.1.074.9 (088.8) (56) Dykes М. et а1. Holographic

photography of bubble chamber trachs:

А feasibility test — CERN/EF 80-2 7

Tlely 1980.

2. Burckhardt ch. В. et. al. Focusing Ultrasound 0vera Large Depth

with an Annular Transducer. — An

Alternative Method -IEEE Traus, 1975, SU-22 9 1, p ° 1 35 °

3. Врон М. и др. Основы оптики.

М., "Наука", 1970, с. 451.

4. Авторское свидетельство СССР

В 717682, кл. G 01 Т 5/06, 1980. (54) (57) ВЕРШИННЫЙ ДЕТЕКТОР ЧАСТИЦ, содержащий трековую камеру, импульсные лазеры, систему формирования скрещенных пучков света, фоторегистратор с объективами и электронный блок управления, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения эффективности использования информации, переносимой лазерными пучками света, диафрагма каждого объектива выполнена в виде непрозрачной шторки сс кольцом для пропускания света, центр кольца расположен на оптической оси, радиус кольца К и ширина кольца b,R выбраны из условий длина волны света; расстояние между трековой камерой и фоторегистратором, требуемое пространственное разрешение по объекту; требуемая глубина резкости по объекту.

950052

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может быть использовано при ис ледовании свойств, частиц с временем жизни

10 -10 с.

В физике частиц высоких энергий используют, так называемые, вершинные детекторы, частиц, основным узлом которых является пузырьковая камера. Размер элемента трека в ней 10 равен 10 мкм. Вершинный детектор частиц предназначен для того, чтобы зафиксировать вершину ядерного взаи" модействия с пространственным разрешением 10 мкм. Анализ чаСтиц ведут 15 при помощи стримерных камер и быстродействующих проволочных детекторов.

Однако фотообъектив, дающий разрешение около 10 мкм, обладает глубиной резкости всего 200 мкм. Это ничтожно мало по сравнению с требуемой глубиной резкости в вершинном детекторе частиц, равной 100 мм. По этой причине бып использован голографический метод съема информации (1) .

Однако при восстановлении голограмма создает трехмерную картину, при считывании которой возникает вновь проблема глубины резкости, указанная выше, Устройств для считывания

30 информации с голограмм трекового события в настоящее время не существуе,т.

Известна кольцевая апертура в акустоскопии, которая выполнена в виде кольцевого ультразвукового преобразователя, например, пьезоэлектрического f2) . Этот преобразователь излучает ультразвуковое поле, а затем принимает отраженные волны. Такая40 апертура дает высокое поперечное разрешение и одновременно большую глубину резкости. Принципиальными недостатками кольцевой апертуры являются малый коэффициент использова- 45 ния полной апертуры и наличие интенсивных боковых лепестков в изображении точечного объекта. Поэтому в оптике кольцевые апертуры не используют, и они описаны только .теорети- 50 чески 3 .Не использовались кольцевые . апертуры также в экспериментальной ядерной физике.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 55 устройство, содержащее трековую камеру импульсные лазеры, систему формирования скрещенных пучков света, фоторегистратор с объективами и электронный блок управления (4) . Пучки света просвечивают объем трековой камеры и на светорассеивающем экране формируют два теневых изображения треков частиц, находящихся в различных участках объема камеры. В указанном устройстве светорассеивающий экран расположен непосредственно у выходной стенки трековой камеры.

Чтобы разделить изображения теневой картины, полученные под разными ракурсами, два лазера испускают свет различных длин волн, а перед объективом каждого фотоаппарата установлен светофильтр, пропускающий излучение только одной длины волны.

Фотообъективы расположены так, чтобы яркость изображения на св торассеивающем экране было равномерной. Указанное устройство обладает рядом не достатков: во-первых, информация об элементах трека, лежащих на различной глубине, отображается в различных масштабах на теневом изображении, например, если элемент трека имеет размер 10 мкм, то кружок дифракции для геометрии известного устройства составляет 0,7 мм для элемента трека на глубине 10 мм и 4,3 мм для элемента трека на глубине 60 мм1 вовторых, пространственное разрешение в известном устройстве, содержащем восковой светорассеивающий экран, определяется размером неоднородности экрана и по порядку величины составляет 0,3 мм, в-третьих, известное устройство приводит к большим потерям света. При оптимальном расположении экрана и фотоаппаратов коэффициент использования света на светорассеивающем экране равен отношению площади зрачка фотоаппарата к площади светорассеивающего экрана.

В известном устройстве коэффициент использования света равен 0,17.

Цель изобретения в том, чтобы повысить эффективность использования информации, переносимой лазерными п чками света в вершинном детекторе частиц.

Указанная цель достигается тем, что в вершинном детекторе частиц, содержащем трековую камеру, импульсные лазеры, систему формирования скрещенных пучков света, фоторегистратор с объективами и электронный блок управления, диафрагма каждого объектива выполнена н яипе непроз950052

0 38 hL х

4х Н где

9 = 2 arctg — p

4х

200 hR

30 рачной шторки с кольцом для пропускания света, центр кольца расположен на оптической оси, радиус кольца R и ширина кольца 4 R выбраны из условий 5 длина волны света; расстояние между трековой 10 камерой и фоторегистратором; требуемое пространственное разрешение по объективу; требуемая глубина резкости по объекту. 15

При этом угол между просвечивающими пучками света 6 берут как обычно равным где 4 z — требуемая разрешающая способность по глубине.

При переходе от сплошной апертуры 25 к кольцевой количество света, попадающее в объектив, уменьшается со

100Х до величины

Например, для 4 х = 8 мкм, L = 400 мм, Н 100 мм, К = 9,5 мм, 4R = 64 мкм, 0L 1i3X.

На чертеже дана схема вершинного детектора частиц, содержащего трековую камеру 1, импульсный лазер 2, систему формирования 3 двух сходящихся пучков света, фоторегистратор 4, 40 электронный блок управления 5, диафрагму объектива 6.

Детектор работает следующим образом.

Электронный блок 5 вырабачывает стартовый сигнал, который поступает в трековую камеру 1, импульсный лазер 2 М фоторегистратор 4. В момент, когда пузырьки сформировались до требуемого размера, объем трековой камеры просвечивается одновременно двумя импульсами света от одного импульсного лазера. После экспонирования фоторегистратор 4 переходит в предстартовое состояние.

Технико-экономическое преимущество заявленного детектора над прототипом состоит в том, что он позволяет получить: более высокое разрешение изображения трека благодаря устранейию эффекта дифракции света при формировании тенеграммы и благодаря переходу на изображающую оптику, однородность изображений треков по глубине рабочего объема камеры вершинного детектора частиц и высокое качество изображений элементов трека 8 мкм благодаря тому, что детектор имеет высокое пространственное разрешение и большую глубину резкости.

Важным технико-экономическим преимуществом является также то, что он не требует проведения стадии .считывания трехмерной сцены. Полученные негативы тереопроекций со" бытия в вершинном детекторе сразу же идут на стадию обмера. Все физические лаборатории имеют необходимое для этого оборудование в виде авто.матизированных систем обработки трековых фотографий на основе вычислительной техники. Дополнительного оборудования для стадии считывания стереофотографий предлагаемое устройство не требует. Этот фактор дает косвенный экономический эффект.

95005?

Составитель С ° Кондратенко

Техред А.Кикемезей Корректор А.Ильин !

Редактор С,Титова

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Пр»ектннч, 4

Заказ 2336/1 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5