Идентификатор заряженных частиц дорелятивистской энергии

 

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1g) (И) З.(5)) 01 Т 1/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3316066/18-25 (22) 10. 07. 81 (46) 23.05. 83. Бюл. N 19 (72) Л. С. Горн, Б. И. Хазанов и И. И. Черкашин (53) 535.232. 61 (088. 8) (g6) i, О, I.Skyrme. The passage of спагяед part сies through ы )icon,uNuc1.instr. В Nethods" 1967, v.57, И 1, р. 61-73.

2. Горн Л. С., Хазанов Б. И. и-Хазанов Д Б. Микропроцессоры в приборах для радиационных измерений. M., Атомиздат, 1 979, с. 79-80 (прототип), (54) (57) ИДЕНТИФИКАТОР ЗАР уКЕЩ

НИХ ЧАСТИЦ ДОРЕЛЯГИВИСТСКОЙ

ЭНЕРГИИ, содержащий телескоп из а Е и Е -детекторсв, два усилителя, вход первого из которых соединен с hE-детектором, а вход второго — с E-детектором, узел отбора совпадений и сумматор заряда, причем выход каждого из усилителей соединен с одним из двух входов узла отбора совпадений и сумматора заряда, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП), вход первого из которых соединен с выходом первого усилителя, а вход второго — с выходом сумматора заряда, и первый узел обработки,данных па соотношению i =1 (Е:, hE,3), первый вход которого соединен с выходом цервого AUII, второй входс выходом второго АЦП, а третий входуправления — с выходом узла отбора совпадений, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью снижения погрешности идентификации в широком диапазоне энергии и масс частиц)п, в него введены второй узел обработки данных по соотношению j =аЕ Е и рограммируе мая логическая матрица с занесенной в нее таблицей Я = j(i) адресный вход Е программируемой логической матрицы соединен с выходом второго узла обработ ки, выход этой матрицы связан с третьим С входом первого узла обработки, один из входов второго узла обработки соеди- Д нен с выходом одного из АЦП, другой его вход - с выходом второго АЦП, а вход управления этого узла обработки — с выходом узла отбора совпадений.

20

j= я ьЕ(Е О,6ьЕ) 1 9

Изобретение относится.к ядерной физике, в частности к области измерения, 1 ядерного и рентгеновского излучений, и может быть использовано и масс - зарядовых спектрометрах ионов дореля-. тивистской энергии (от 2 до 100 МэВ на нуклон), предназначенных для космических исследований.

Известны идентификаторы заряженных частиц дорелигивистских энергий, использующие аналоговую обработку сигналов с двух пропорциональных детекторов, образующих телескоп: одного с амплитудой, пропорциональной значению 6 E и другого с амплитудой, пропорционагп ной E. $1) . Исходя из этих данных, вычисляют параметр идентификации i =rn2,, Z однозначно определяющий вид частицы, где re — масса иона, à Z, - его заряд.

В первом приближении параметр идентификации 1 =pE E.. Однако для повыше.ния точности определения параметра его представляют и виде более сложной зависимости = f (a E, Е), например

В таких аналоговых идентификаторах, используемых, например, на кос, мических аппаратах, не удается получить достаточно высокую точность идентификации. Это обусловлено тем, что параметры транзисторов или микросхем, используемых для логарифмирования и потенцирования амплитуд сигналов, критичны к изменению температуры окружающей среды и изменению постоянных составляющих токов, .црейфуют во времени и т.п.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является идентификатор заряженных часлш дорелятивистс ° кой энергии, содержащий телескоп издЕ и Š— детекторов, два усилителя, вход . первого из которых соединен с „Е - деи" тектором, а вход второго - с E. - детектором, узел отбора совпадений и сумматор заряда, причем выход каждого иэ усилителей соединен с одним из двух входов узла отбора совпадений и сумматора заряда, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП), вход первого иэ которых соединен с выходом первого усилителя, а вход второго - с выходом сумматора заряда, и первый узел обработки данных по соотношению q =1 (E, 4Е 3 )), первый вход которого соединен с выходом первого АБП, второй входс выходом второго АБП, а третий вход9 1839 2 управления — с выходом узла отбора совпадений $2)

Недостатком такого устройства является значительная погрешность определения фактора в широком диапазоне энергий E и масс ионов в. Так, например, для протонов с энергией Е от 3 до

50 МэВ фактор идентификации прак» тически не зависит от энергии при 3 =

= 1, 77. Однако уже для ядер гелия в том же диапазоне энергий фактор < при

Я = 1, 77 меняется на 6, а независимость от энергии достигается при Д

= 1, 75, Еще больше разброс значе е ний < будет при Я = 1, 77 для более тяжелых ионов; для каждой группы из них предпочтительно свое значение Я, Вычисления, проводимые при некотором усредненном .значении Я, не позволяют получить высокую точность идентификации.

Белью изобретения является снижение погрешности идентификации в широком диапазоне энергии и масс частиц.

Указанная цель достигается тем что в идентификатор заряженных частиц дорелятивистской энергии содержащий телескоп изб E и -детекторов, два усилителя, вход первого из которых соединен сьев-детектором, а вход второго— с Е-детектором, узел отбора совпадений и сумматор заряда, причем выход каждого из усилителей соединен с одним из двух входов упомянутых узла отбора совпадений и сумматора заряда, два аналого-цифровых преобразователя (Aun), вход первого из которых соединен с вых

° дом первого усилителя, а вход второго с выходом сумматора заряда, и первый

40 узел обработки данных по соотношению и =4(5E Е, ф, первый вход которого соединен с выходом первого AUD, второй вход - с выходом второго АБП, а третий вход - управления - с выхо45 дом Узла отбора совпадений, введены второй узел обработки данных по упрощенному соотношению h =- 5 Е Г и программируемая логическая матрица с занесенной в нее таблицей9=1(1 )

Адресный вход программируемой логи- ческой матрицы соединен с выходом второго узла обработки, выход этой матрицы связан с третьим входом первого узла обработки, один из входов второго узла обработки соединен с вы55 ходом одного иэ АБП, другой его вход с выходом второго АБП, а вход управления этого узла обработки - с выходом узла отбора совпадений. з :99 1

Су1цность данного технического решения заключается в проведении обработки данных о каждом событии последовательно в два этапа, причем в первом приближении оценивается фактор t, чтобы выбрать нужное значение коэффициента Я в идентификационной формуле, а затем, используя это значение Я определяется истинное значение фактора идентификации 1, что позволяет су- щ щественио снизить зависимость фак1 тора от энергии Е и массы ионов П, На чертеже дана структурная схема описываемого идентификатора заряженных частиц дорелятивистской энергии.

Идентификатор содержит из и E -детектора 1 и Е-детектора 2, импульсные уси« лители 3, узел 4 отбора совпадений, сумматор заряда 5, АБП (импульсные аналого-цифровые преобразователи) 6, второй узел 7 обработки данных (микропроцессорный) по упрощенному сосп ношению1 =4 Е, первый узел 8 оеработки данных (микропроцессорный) по уточненному соотношению 4 = (дЕ,Е, «4) и программируемую логическую матрицу .9., ДетекторыьЕ-типа 1 и Е-типа 2 через импульсные усилия ели 3 связаны с входами узла 4 отбора совпадений и

30 сумматора заряда 5, С выходом сумматора заряда 5 через импульсный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6 связан микропроцессорный узел 7 обработки данных по упрощенному соотноше, нию; с входами узла 7 соединены также выход другого АЦП б,и выход узла m бора совпадений 4. Выход узла обработки 7 соединен с другим микропроцессорным узлом обработки 8, выполняющим вычисления по уточненному соотношению, 40 через программируемую логическую мат- . рицу 9; входы узла обработки 8 соедине- " ны также с выходами АЦП 6 и узла отбора совпадений 4.

Устройство работает следующим образом.

Заряженная частица с энергией Е пересекает тонкий детектор Л, в котором оставляет энергию 4 Е, пропорциональную удельным потерям энергиидЕ JX, и тор мозится в относительно толстом Е -детекторе 2, которому передает энергию E,KE . Сигналы с детекторов усиливаются

839 4 усилителями 3, а узлом 4 отбора сов паденнй выделяются случаи срабатывания ,обоих детекторов телескопа 1 и 2. Сумматором заряда формируется сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии E. а импульсными аналого-цифровыми преобразователями вырабатываются цифровые коды значений 4 Е иЕ. Эти операции поступают на микропроцессорный узел 7 обработки данных, вычисляющий за относительно небольшое время фактор.j = Е ° E . .Полученное число пере! дается на вход программируемой логичеокой матрицы 9 (в качестве адреса),,,В этой матрице в каждой ячейке с адI ресом 1 занесена оптимальная для данного значения 1 величина Я (выбран целочисленный ряд 1 с округлением, достаточным для малой погрешности в последующих вычислениях фактора С ).

Полученное значение 3 = 4(i ) наряду с цифровыми кодами величин 4 t и Е поступает с микропроцессорный узел обработки данных 8, который и определяет окончательное значение q °

Такое построение идентификатора позволяет ограничить погрешность фактора 1 в широком диапазоне энергий Е и массщ значениями, меньшими 1-2%, тогда как в прототипе эта погрешность пре» восходит 10-20%, Увеличение времени обработки данных одного события и усложнение устройства .незначительно. Для микропроцессора

К580ИК80, например, вычисление по уточненному соотношению занимает 35 мс, тогда как перемножение двух 8разрядных операндов занимает О, lО, 15 мс, т.е. время обработки возраотает всего на 3%.

При современном развитии микроэлектроники добавление трех БИС-микропроцессора, ПЗУ с программой перемножения, и ПЗУ, хранящего матрицу значений Я =

f (. ), не сделает устройство более до рогим и сложным, Время обработки данных об одном событии можно сократить, если в качестве второго устройства обработки данных использовать микросхему аппаратного умножителя (например БИС К587ИКЗ, выполняющую операцию перемножений двух 8-разрядных операидов за несколько микросекунд) °

ВНИИПИ - Заказ 6633/3 Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4