Идентификатор заряженных частиц дорелятивистской энергии

СООЗ СОВЕТСИИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) (И сю 01 Т 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБ Щ 1 РцЩо 1:.,., :11 ММОТЖА Н АВТО от- впа(21) 3316066/18-25 которых соединен с выходом первого(46) 23,05. 83, Бюл. % 19 сумматора заряда, и первый узел обра(72) Л. С. Горн, Б. И. Хазанов ботки,данных па соотношению 1:ЦЕ,и И. И. Черкашин ЬЕ,З), первый вход которого соединен(53) 535.232, 61 (088. 8)с выходом первого АЦП, второй вход(6) 1. 0.1.Ыугще. Т 11 е разладе ог с выходом второго АЦП, а третий входс 11 агде 1 раг.1 с 1 еь йЬгоодЬ ь 111 соп- управления - с выходом узла отборайцс 1,1 пьг, В Мейко 15" 1967, ч 57 совпадений, о т л и ч а ю щ и й с яИ 1, р. 61-73. тем, что, с целью снижения погреш-.2. Горн Л. С Хазанов Б. И. ности идентификации в широком диапазонеи ХазановдБ. Микропроцессоры вприбо- . энергиии масс частице, в него вверахдлярациапнонныхизмерений. МАтом- дены второй узел обработки данных поиздат, 1979, с. 79-80 (прототип), соотношению 1 =аЕ Е и нрограммируе(54)(57) ИДЕНТИФИКАТОР ЗАРИКЕН 4 .мая логическая матрица с занесеннойНИХ ЧАСТИЦ ДОРЕЛЯГИВИСТСКОИ в нее таблицей Я = (4), адресный входЭНЕРГИИ, содержащий телескоп из а Е программируемой логической матрицыиВ -детекторОв, два усилителя, вход соединен с выходом второго узла обработпервого из которых соединен с ЬБ-де- ки, выход этой матрицы связан с третьимтектором, а вход второго - с 1:-детек- входом первого узла обработки, одинтором, узел отбора совпадений и сум- иэ входов второго узла обработки соедиматор заряда, причем выход каждого иэ нен с выходом одного из АЦП, другойусилителей соединен с одним из двухего вход - с выходом второго АЦП, авходов узла отбора совпадений и сумма- вша управления этого узла обрабтора заряда, два аналого-цифровых пре- ки - с выходом узла отбора сообразователя (АЦП), вход первого иэ дений,= Я ьЕ(ЕО,бьЕ) 1 9Изобретение относится к ядерной физике, в частности к области измерения, ядерного и рентгеновского излучений, и может быть использовано и масо.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 Ь 5 , и другого с амплитудой, пропорционал ной Е 1. Исходя из этих данных, вычисляют параметр идентификации :щ 2й однозначно определяющий вид частицы, где П 1- масса иона, а Ъ - его заряд. В первом приближении параметр идентификации 1:ьЕ Е, Однако для повыше.- ния точности определения параметраего представляют и виде более сложной зависимости 1: 1 й, 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 токовцрейфуют во времени и т.п.Наиболее близким к изобретению по технической сушности является идентификатор заряженных часлш дорелятивистской энергии, содержащий телескоп издЕ и Е - детекторов, два усилителя, вход . первого из которых соединен с .Г - деи. тектором, а вход второго - с Е - детектором, узел отбора совпадений и сумматор заряда, причем выход каждого иэусилителей соединен с одним из двух входов узда 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 1:1 (Е, ЬБ, 1 ), первый вход которого соедиаен с выходом первого АЦП, второй входс выходом второго АЦП, а третий вход 91839 2 управления - с выходом узла отбора совпадений 2Недостатком такого устройства является значительная погрешность определения фактора 1 в широком диапазоне энергий 1 и масс ионов)п, Так, например,для протонов с энергией Г от 3 до 50 МэВ фактор идентификации 1 прак тически не зависит от энергии при 3 == 1, 77, Однако уже для ядер гелия втом же диапазоне энергий фактор 1 приЯ = 1, 77 меняется на 6 , а независимость от энергии достигается при 3= 1, 75, Еще больше разброс значений 1 будет при Я = 1, 77 для болеетяжелых ионов; для каждой группы изних предпочтительно свое значение Я,Вычисления, проводимые при некоторомусредненном ,значении К, не позволяют получить высокую точность идентификации.Целью изобретения является снижение погрешности идентификации в широком диапазоне энергии и масс частиц.Указанная цель достигается тем, что в идентификатор заряженных частиц дорелятивистской энергию содержащий телескоп изйЕ иЕ -детекторов, два усилителя, вход первого из которых соединен сьЕ-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 (АЦП), вход первого из которых соединен с выхдом первого усилителя, а вход второгос выходом сумматора заряда, и первый узел обработки данных по соотношению и:1( ь Е,Е, ф, первый вход которого соединен с выходом первого АЦП, второй вход - с выходом второго АЦП, а третий вход - управления - с выхо дом узла отбора совпадений, введенывторой узел ббработки данных по упрощенному соотношению-ЬЕ Г и программируемая логическая матрица с занесенной в нее таблицей 9= 1(1)Адресный вход программируемой логи-ческой матрицы соединен с выходом второго узла обработки, выход этой матрицы связан с третьим входом первого узда обработки, один из входов второго узла обработки соединен с выходом одного иэ АЦП, другой его вход с выходом второго АЦП, а вход управления этого узда обработки - с выходом узла отбора совпадений.з :99 1Сущность данного технического решения заключается в проведении обработки данных о каждом событии последовательно в два этапа, причем в первомприближении оценивается фактор,чтобы выбрать нужное значение коэффициента Я в идентификационной формуле, а затем, используя это значение Яопределяется истинное значение фактора идентификации 1, что позволяет су- щщественио снизить зависимость фак1тораот энергии Е и массы ионовФ,На чертеже дана структурная схемаописываемого идентификатора заряженных частиц дорелятивистской энергии.Идентификатор содержит из Ь Е -детектора 1 и Е-детектора 2, импульсные усилители 3, узел 4 отбора совпадений,сумматор заряда 5, АЦП (импульсныеаналого-цифровые преобразователи) 6,второй узел 7 обработки данных (микропроцессорный) по упрощенному сооаношению 1:д Е, первый узел 8 оеработки данных (микропроцессорный)по уточненному соотношению 4: (ЬЕ,Е, 3)и программируемую логическую матрицу .9.,ДетекторыаЕ-типа 1 и Е-типа 2 через импульсные усилияели 3 связаныс входами узла 4 отбора совпадений и30сумматора заряда 5, С выходом сумматора заряда 5 через импульсный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6связан микропроцессорный узел 7 обработки данных по упрощенному соотноше,нию; с входами узла 7 соединены такжевыход другого АЦП б,и выход узла очсбора совпадений 4. Выход узла обработки 7 соединен с другим микропроцессорным узлом обработки 8, выполнякицимвычисления по уточненному соотношению,40через программируемую логическую матрицу 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 3, в которомоставляет энергию Ь Е, пропорциональнуюудельным потерям энергииЗЕЯ Х, и тормозится в относительно толстом Е -детекторе 2, которому передает энергию Е.- йЕ . Сигналы с детекторов усиливаются 839 4усилителями 3, а узлом 4 отбора совпаденнй выделяются случаи срабатывания,обоих детекторов телескопа 1 и 2. Сумматором заряда формируется сигнал,амплитуда которого пропорциональна энергии Е, а импульсными аналого-цифровымипреобразователями вырабатываются цифровые коды значений Ь Е и Е . Эти операции поступают на микропроцессорныйузел 7 обработки данных, вычисляющийза относительно небольшое время фактор.1: аЕ Г, Полученное число пере дается на вход программируемой логичеокой матрицы 9 (в качестве адреса).,,В этой матрице в каждой ячейке с адресом 1 занесена оптимальная дляданного значения 1 величина Я (выбранФцелочисленный ряд 1 с округлением,достаточным для малой погрешности впоследующих вычислениях фактора С ).Полученное значение 3: т ) наряду сцифровыми кодами величин 5 : и Е поотупает с микропроцессорный узел обработки данных 8, который и определяетокончательное значениеТакое построение идентификатора позволяет ограничить погрешность факторав широком диапазоне энергий Е и массщзначениями, меньшими 1-2%, тогдакак в прототипе эта погрешность превосходит 10-20%,Увеличение времени обработки данныходного события и усложнение устройства .незначительно. Для микропроцессораК 580 ИК 80, например, вычисление поуточненному соотношению занимает 35 мс, тогда как перемножение двух 8 разрядных операндов занимает О, 1 О, 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 =-.(.), не сделает устройство более дорогим и сложным,Время обработки данных об одном событии можно сократить, если в качестве второго устройства обработки данныхиспользовать микросхему аппаратногоумножителя (например БИС К 587 ИКЗ,выполняющую операцию перемноженийдвух 8-разрядных операидов за несколько микросекунд)