Устройство для измерения интенсивности импульсных потоков элементарных частиц

/16, 1974,ного симпозиумДубна, 1972,ЕНИЯ ЗЛЕледо МЕР ОВ ос сил хен н дним ыш зме-. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИНТЕНСИВНОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ ПОТОКМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее ивательно соединенные детектор,тель-формирователь и логическуюму И, два счетчика импульсов, пключатель и блок управленим, одвходов логической схемы И соедиблоком управления, а выход - сиз счетчиков импульсов, о т л ищ е е с я тем, что, с целью пония производительности процесса БРЕТЕНИЯ рений путем автоматического исключения зависимости ошибки от величины потока, в него введены логическая схема И-НЕ, третий счетчик импульсов, последовательно соединенные линия задержки, второй усилитель-формирователь и ключевая схема, вычислитель, ключ переноса данных, индикатор, причем входы логической схемы И-НЕ соединены с усилителем-формирователем, блоком управления и с выходом ключевой схемы, а ее выход соединен .с вторым счетчиком импульсов, один входс третьего счетчика импульсов соединен с выходом ключевой схе)ы, второй вход - с блоком управления, а выходы . Е через ключ переноса данных соединены с вычислителем, второй вход которого соединен с переключателем, другие входы вычислителя соединены с блоком управления, а выход - с индикатором, Я кроме того, второй вход логической схемы И соединен с выходом ключевой схемы.. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит две цепи формирования, каждая из которых состоит из по".ледовательно соединенных логической схесхемы И-НЕ, триггера и логической схесхемы И, а также содержит логические схемы ИЛИ, И, триггер и кнопочный выключатель, причем каждая цепь формирования подключена через переключатель к выходу соответствующего счетчика импульсов, логические схемы ИЛИ 1Изобретение относится к радиационной технике, в частности к автоматическим устройствам, предназначенным для измерения потоков элементарных частиц от импульсных источников. 5 Такими источниками могут быть, напри меримпульсные ускорители заряженных частиц, широко применяемые в различных областях науки и техники,При использовании ускорителей 1 О возникает задача измерения первичного потока частиц, либо потока вторичного обратно рассеянного излуче.ния, возникающего в результате взаимодействия первичного потока с раз личными материальными объектами.При проведении измерений число частиц, поступающих на детектЬр, определяется параметрами первичного источника, конструктивными и геомет рическими параметрами детектора, а также взаимным расположением детектора и источника.Если число частиц, поступающих на детектор, мало по сравнению с25 числом частиц, излучаемых источником за один импульс, оно подчинается распределению Пуассона.Предлагаемое устройство предназначено для измерения потоков с Пуас- ЗО соновским распределением числа частиц от одиночного импульса и может быть использовано в экспериментальных. и промышленных установках, где прчменяются импульсные источники излуче- З 5 ний.Известны и применяются в радиационной технике устройства для измерения интенсивности импульсных потоков, .счетчики числа регистраций детектои И подключены параллельно к одному из входов логических схем И и И-НЕ ,устройства, выход логической схемы ИЛИ соединен с входами логических схем И-НЕ, выход логической схемы И соединен с входом триггера, который через кнопочный выключатель соединен с входом ключевой схем 1, входы логи.ческих схем И соединены с входом ключа переноса данных , а входы соединены с входами вычислителя. ров, в которых статическая ошибкаизмерений (О) числа регистраций детектора задается заранее выбором емкости счетчика (М): причем измерения прекращаются автоматически по заполнении основного счетчика, т.е. при наборе статистики,обеспечивающей величину ошибки нехуже заданной, Ошибка измерения оценивается в предположении о нормальном распределении числа регистрацийв зависимости от времени экспозиции.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения интенсивностиимпульсных потоков элементарных частиц, содержащее два детектора с усилителями-формирователями, логическиесхемы И, два счетчика импульсов, переключатель и блок управления, в котором один из входов логической схемыИ соединен с блоком управления, авыход - с одним из счетчиков импульсов,В известном устройстве обеспечивается заданная погрешность измеренийза счет автоматического обеспечениянеобходимого объема выборки.Однако недостатком этого устройства является то, что при изменениискорости счета в процессе заполнениясчетчика (набора импульсов) достоверность полученного результата, т.е.вероятность того, что ошибка измерений не превышает заданную, становится неопределенной, Для получения результата с известной постоянной дос(2) 3 1031316 4товерностью требуется статическая об- логические схемы ИЛИ и И подключеныработка полученных результатов, что параллельно к одному иэ входов логиснижает производительность процесса . ческих схем И н И-НЕ устройства, выизмерений. ход логической .схемы ИЛИ соединен сДругим недостатком является то, 5 входами логических схем И-НЕ: выходчто при измерении не учитывается ста- логической схемы И соединен с входомтистический характер распределения триггера, который через кнопочныйчисла частиц, попадающий на детектор . выключатель соединен с входом ключев интервале предельного временного вой схемы, входы логических схем И,разрешения детектора. 1 О соединены с входом ключа переносаЦель изобретения - повышение про- данных, а выходы соединены с входами .изводительности процесса измерений . вычислителя.путем автоматического подключения В предлагаемом устройствЕ учитызависимости ошибки от величины потока вается статистический характер рас.при заданной достоверности результата 5 пределения числа частиц, попадающих:измерений. на детектор, производится автоматиПоставленная цель достигается еский выбор необходимой зависимости,тем, что в устройство для измерения обеспечивающей минимальную погрешинтенсивности импульсных потоков эле- ность при заданной достоверности рементарных частиц, содержащее последозультата измерения с последующей еговательно соединенные детектор, уси- идентификацией. При этом, помимо соклитель-формирователь и логическуюращения времени измерений, исключасхему И, два счетчика импульсов, пе-" ется трудоемкий этап статистическойреключатель и блок управления, один обработки результатов измерений.из входов логической схемы И соедине 25 На фиг. 1 показано распределениены с блоком управления, а выход - с вероятности событий при проведенииодним из счетчиков импульсов, введе испытаний; на фиг. 2 - зависимость.ны логическая схема. И-НЕ, третий ошибки измерений от величины потокасчетчик импульсов, последовательно для. М =сопзй; на фиг. 3 дана табсоединенные линия задержки, второй 30 лица расчетных значений ошибкиизме-усилитель-формирователь и ключевая рений в зависимости от емкости счетсхема, вычислитель, ключ переноса чика; на фиг.4 - функциональная схеданных, индикатор, причем, входы логи" ма предлагаемого устройства наФческой схемы И-НЕ соединены с усили- фиг. 5 - временные диаграммы, поясня-:телем-формирователем, блоком управле-З ющие работу устройства.35ния и с выходом ключевой схема, а Для пуассоновского распределенияее выход соединен с вторым счетчиком вероятность регистрации не менее одимпульсов, один вход третьего счетчи- ной частицы, за импульс первичного.ка .импульсов соединен с выходом клю- источника:чевой:схемы, второй вход - с блокомуправлйния, а выходы через ключ пере- Р (В 1) = 1носа данных соединены с вычислителем,второй вход которого соединен с пере- где 3 = Ей, (3)ключателем, другие входы вычислителясоединены с блоком управления, а вы. где Я - эффективность регистрацииод - с индикатором, кроме того, вто- . . детектораой вход логической схемы И соединен - Ф в . длительность импуль ас выходом ключевой схемы. М - среднее числоьн сть импульса;1- среднее число частиц, приКроме того, блок управления содер- ходящих на детектор в едижит две цепи формирования, каждая .из 50 . ницу времени,которых состоит из последовательно . Вероятность отсутствия регистрациисоединенных логической схемы И-НЕ .(нулевой исход испытлния);%триггера и логической схемы И, а так-:фже содержит логические схемы ИЛИ, И,триггер и кнопочный выключатель, : Задача измерения потока состоит впричем каждая цепь формирования под- измерении величины с последующимключена через переключатель к выходупересчетом ее на единицу площади расортветствуюшего счетчика импульсов, бочей поверхндсти детектора.(13) 5 10313Очевидно, что относительная погрешность измерения Исходя из Пуассоновского закона распределения (малая загрузка детектора), считаем, что за один импульс детектор регистрирует не более 1 час тицы тогда Н - число зарегистрированных частиц (число событий);- число импульсов источника(число испытаний), 20 где 11, - число нулевых исходов испытаний.Число событий, необходимое для обеспечения заданной величийы относительной погрешности измерения 8 925 однозначно определяется из следующих рассуждений.Вероятность регистрации в отдельном испытании постоянна и равна Р испытания прекращаются, как только ЗО число регистраций будет равно, В этом случае число испытаний распре делено по закону Паскаля: Р(Х) = С х- (1- Р) Р (8) З 5, 1,-р:цт 94 ОРаспределение Паскаля имеет максимум в точке Х, =1+ (10)45и в общем случае несимметрично(РН) ГХ.)-РИ (Х,) 4 Р, (11) 5 ОРх,1= Р х,1,(12) х;н( Х,) = с Рн (Х),х:1Численными методами на ЭВМ мсжно определить границы доверительного интервала (Х Х ) значений числа испы 16 6таний при, априорно известном диапазоне значений 9 и М . Определяяграницы доверительных интервалов значений Х , соответствующих различнымзначениям й , можно для каждого случая расчитать ошибки измерения 39йо формуле.1 И О 9 =макс -1- - 1 п (1 )и - Х,-11+ 1 п (1- ) и построить зависимости (см, фиг. 2) Результаты вычислений показывают, что при фиксированном И величина 39 практически постоянная в заданном диапазоне значений 9 (0,01 - 1 п 2) и не превышает своего максимального значения (при 9 =1 п 2); Отсю да вытекает основной принцип работы устройства: при величине 9 с 1 п 2, что соответствует вероятности регистрации Р0,5, схема должна считать число событий; при Я1 п 2 схема должна считать число событий; при1 п 2 схема должна считать число нулевых событий". В таблице приведены значения о 9 для Я =1 п 2 (Р = 0,5) при разных значениях М при З (ХХ) = 0,99.Предлагаемое устройство (см.фит.4) содержит детектор 1, усилитель-формирователь 2, логическую схему И 3, логическую схему И-НЕ 4, счетчики импульсов 5,6, переключатель 7, (секции 7 А, 7 Б, 7 В), вычислитель 8, логическую схему ИЛИ 9, логические схемы И-НЕ 10,11, триггеры 12, 13, логические схемы И 14, 15, 16, пусковой триггер 17, ключ 18 переноса данных, счетчик импульсов 19, кнопочные выключатели 20 и 21 (" Сброс" и "Пуск" ), линию задержки 22, усилитель-хрормирователь 23, ключевую схему 24, индикатор 25.Элементы 9-17 образуют блок управления 26.Устройство работает следующим образом.Перед началом измерений после включения схемы при помощи кнопки 201031316Корректор С. Черни Техред Л.Олейник ктор С. Титов Тираж 728ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4 аз 5257/2 одписно изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4