Черенковский счетчик частиц

тййй ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ 382985 оюз СоветскихциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВ ЕЛЬ СТВ Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 14.Ч 1,1971 ( 1661653/26-25) М. Кл. б 011 1 исоединением заявки риоритет Комитет по делам зобретений и открыт при Совете Министра СССРОпубликовано 23.Ч.1973, Бюллетень2 Дата опубликования описания 24.И 11.197 УДК 539.1.074.4(088; Авторизобретения,М. Соро Заявител ъединеиныи ииститу ых исследован АСТИЩ РЕНКОВСКИй СЧЕ Известен черенковский счетчик частиц, предназначенный для измерения спектра скоростеи коллииированных частиц, состоит из цилиндрического радиатора, цилиндрического зеркала, подвижной диафрагмы и двух фотоумножителеи. Параллельные лучи, которые испускаются частицами, проходящими через радиатор вдоль его оси, фокусируются в точку на выходной сферической поверхности. Цилиндрическое зеркало отражает лучи, сходящиеся в кольцо на его внутренней поверхности в точку на 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 времени.Основная трудность, с которой встречается экспериментатор при работе с черенковским счетчиком, малая интевсивность 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 навыходе двух фотоумножителеи, когда происходит одновременное, коррелированное выбивание фотоэлектронов с фотокатодов обоихфотоумножителей. Агентом такого процессаможет оыть проникающее излучение. При высоком уровне последнего количества ложныхсигиалов такой природы может стать недопустимо большим. 1:,сли индицирующее проникающее излучение состоит только из заряженных частиц, то применение системы сцинтилляционных счетчиков, включенных на антисовпадения с черенковским счетчиком, позволяетснизить такои фон. Однако, если это гаммакванты или неитроны, то подобная мера оказывается малоэффективной.К повышению интенсивности черенковскогоизлучения ведут как увеличение толщины ра 0 диатора, так и расширение угла захвата светособирающей системы. Но одновременно сэтим теряется разрешающая способность, т. е,любая операция, приводящая к увеличениюинтенсивности черенковского излучения, кото 5 рое достигает фотоумножителя, сопровождается ухудшением разрешающей способностисчетчика,Цель изобретения - подавление входа шумов и коррелированного фона фотоумножите 30 ля при сохранении исходного углового разрешения счетчика и скорости счета полезных событий.Это достигается тем, что фокусирующая система счетчика выполнена в виде пораболического зеркала, состоящего из набора элементарных кольцеобразных зеркал, расположень г;ых концентрически па взапзгпо параллельных концентрических осях качания так, гто каждое элементарное зеркало занимает одно из двух крайних положений на углу качания, а выходы двух светорегистрирующих систем включены в,противофазе с реверсивным счетчиком электрических импульсов.Предлагаемый черенковский счетчик частиц, функционирующий по схеме дифференциального отбора черенковского излучения по углу, позволяет при прочих ранимых условиях дополнительно ослабить эффекты шумов и физического фона фотоумножителя, 11 редлагаемый черенковский счетчик характеризуется следующими показателями: существенно более высокой скоростью счета черенковских импульсов на выходе каждого из умножителей оез ухудшения разрешаюшей способности счетчика по углу; взаимным погашением физического фона, вызванного проникающим излучением или иными агенггами 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 излучение в узком интервале угла Ьд на гетерогенную многоэлементную систему, состоящую из м независимых элементарных зеркал.га чертеже схематически изооражен предлагаемыи черенковскии счетчик.Он содержит цилиндрический радиатор гетерогенное параболическое зеркало 1, свето- собирающие зеркала д, 4 светоделители 5 и 6 и фотоумножители 7, о.Частица движется вблизи оси цилиндрического радиатора 1. Черенковское излучение, вышедшее из торца радиатора, попадает на гетерогенное параболическое зеркало 2, разрезанное на кольцевые элементарные зеркала. Ширина кольца отвечает оманому угловому разрешению системы (с 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 свето- собирающих зеркал 3 и 4 независимо от того, куда фокусируются свет в двух соседних зеркалах. Возиикает две, дополняющие друг друга, гетерогенные зеркальные поверхности. Све 30 35 5 10 15 20 25 40 45 55 б 0 тособирающпе зеркала 3 и, 4 направляют далее свет в соответствуюшие светорегистрирующие системы, каждая из которых состоит из светоделителя 5 и б и нескольких 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 одновременно все акты прохождения частиц, черенковское излучение которых попадает в широкий двапазон углов. Задача состоит и в том, чтобы не перепутать между собой данные, относящиеся к различным интервалам углов. Это достигается с помощью бинарного мультиплексного кодирования, например, с использованием псевдослучайной последовательности чисел д (е) (г) =1, 2., М, обладающих хорошими корреляционными свойствами, Такая последовательность должна обладать свойством циклической ортогональности, так что функция корреляции равнадф д(г+А) = (Я+1) ф) - 1 (1)Чтобы выполнить эти условия, достаточно выбрать последовательность д (г) изоморфной строке усеченной матрицы из семейства матриц Адамара. Например, при числе элементарных зеркал М =11 последовательность ,о (г) имеет вид+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 измерении зеркала образуют рельеф в соответствии с кодом+1, - 1то при втором измерении форма зеркал отвечает коду- 1, +1, +1, - 1, +1, +1, +1, - 1, - 1,- 1, +1Для выполнения операции переброса каждого элементарного зеркала из одного крайнего положения в другое, служит система электромагнитных приводов.Счетчик имеет два выхода от разных свето- регистрирующих систем. Выходы включены в противофазе с реверсивным биполярным счетчиком. Измеряемый величиной является алгебраическая разностьЛ Ж (г) =- Ж + (г) - Лг - (г) (3)Эффект шума фотоумножителя при такой логике наблюдения подавляется потому, что шум фотоумножителя не закодирован, и по."тосива, )К, Ра;гпсиаи иа 5., л. и Попснов Сов т Чпистров С-С.Р Сппуисва ппогра ступает прямо в счетное устройство, в то время как искомая информация - угловое распределение квантов черенковского излучения - закодирована. Поэтому отсутствует метка, которая указывала бы, в какой участок углового распределения попадает шумовой импульс, На стадии восстановления этот импульс шума размазывается по всему наблюдаемому угловому диапазону вследствие широкополосной природы кодирующей последовательности чисел д (г). Все это приводит к тому, что эффект шума счетчика ослабевает примерно в 3 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 ЬМподвергают восстанавливающей обработке путем осуществления операции корреляции с последовательностью чисел д (ф) (см. выраже ние 2). Возможность обратимого восстановления исходной информации вытекает из циклической ортогональности последовательности чисел д (1) (см. выражение 1). 5 П р едм ет изо бр етенияЧеренковский счетчик частиц с использованием цилиндрического радиатора, оптической системы фокусировки света, системы свето- сбора, схем совпадений, счетчиков электриче ских импульсов и светорегистрирующих систем, содержащий светоделители и фотоумножиггели, отличающийся тем, что, с целью подавления вклада шумов коррелированного фона фотоумножителей, при сохранении исходно го углового разрешения счетчика и скоростисчета полезных событий, система фокусировки выполнена в виде параболического зеркала, состоящего из набора нескольких элементарных кольцеобраззых зеркал, расположенных 20 концентрически на взаимно параллельныхосях качания так, что каждое элементарное зеркало занимает одно из двух крайних поло- лений по углу качания, а выходы двух свето- регистрирующих систем включены в противо фазе с реверсивным счетчиком электрическихимпульсов.