Способ регистрации следов заряженных частиц в пузырьковых камерах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 03 Н 5/00

111

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СЛЕДОВ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ПУЗЫРЬКОВЫХ КАМЕРАХ, заключающийся в том, что рабочий объем пузырьковой камеры освещают когерентным светом, регистрируют голограмму, по которой восстанавливают изображение следов заряженнык частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации, дополнительно обращают волновой фронт света, прошедшего через объем пузырьковой камеры, а регистрацию голограммы осуществляют после обратного прохождения света через объем камеры.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3741821/24-25 (22) 21.05.84 (46) 30.09.86 Бюл. И- 36 (72) Д.В.Власов, А.Л.Горбунов, Е.П.Паршин, А.В.Плескач, Е.П.Шебнев и 1О.P..ßêóáîâ (53) 772.99(088.8) (56) Sekulin R.L. Holography with

holebs, European Gybrid Spectrometer work shop on Holography and

High — Resolution Techiques Stras,—

bourg, 1981, р. 75.

Herve А. et al Perfomarce of the

holographic bubble chamber hobe

Nuclear Instruments and Methods in

Physics Research, Nov. 15, 1982, ч. 202, У 3, р. 417-426.

Я0„„ 1222077 A

1222077

Изобретение относится к области исследования свойств элементарных частиц с помощью пузырьковых камер, а именно,к получению информации о происходящих в камере событиях, и может быть использовано в других . случаях регистрации объектов, находящихся в искажающих средах.

Целью изобретения является повышение точности .регистрации следов заряженных частиц в пузырьковых камерах путем компенсации искажений и, одновременно с этим, получение однородного фона изображения.

На фиг. 1 представлено устройство, для реализации предлагаемого способа; на фиг ° 2 — схема прохождения света через пузырьковую камеру.

Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси 1 ,устройства источник когерентного света (лазер) 2, систему формирования освещающего пучка 3, полупрозрачное зеркало.4, пузырьковую камеру 5, заполненную турбулентной жидкостью 6 и систему фокусировки света 7, в фокусе которой находится ячейка обращения волнового фронта (ЯОВФ) 8. Полупрозрачное зеркало 4 расположено под углом к оптической оси 1 устройства. Фоторегистратор

9 размещен по ходу лучей, отраженных от ЯОВФ 8, вторично прошедших камеру 5 и затем отраженных от полупрозрачного зеркала 4.

ЯОВФ 8 представляет собой кювету, заполненную определенным веществом, вид которого выбирается в зависимости от длины волны падающего света (например, для h = 0,53 мкм используется дистиллированная вода). Мощный пучок света от лазера 2, энергия которого превышает порог возбуждения ,для вещества (расчетная величина

Р„. р. 3 1,2 ИВ); содержащегося в ЯОВФ проходя через это вещество, возбуждает в .нем гиперзвуковые волны, причем такие, что, отражаясь от них,как от зеркала, каждый элементарный.луч— падающего света идет назад строго в обратном направлении. Рабочий объем пузырьковой камеры 5 расширяют, приводя тем самья рабочую жидкость 6 в метастабильное состояние, чувствительное к ионизирующему излучению, и вводят в камеру 5 заряженные частицы. Пролетая через рабочий объем камеры 5, частицы оставляют за собой след в виде пузырьков пара 10, расположенных вдоль траектории частиц. Импульс когерентного света от лазера 2 направляется в систему фор5 мирования освещающего пучка 3. Эта система образует пучок света, который проходит сквозь полупрозрачное зеркало 4 на пузырьковую камеру 5.

Размеры освещающего пучка соответствуют размерам регистрируемого объе-. а пузырьковой камеры 5. Падающий на камеру свет имеет неискаженный плоский волновой фронт, в котором . все лучи 11 и 12 практически параллельны (луч 11 — это луч, который не попал на пузырек пара 10, луч

12 — луч, попавший в центр пузырька 10) (см, фиг. 2). Весь свет, проходя через турбулентную жидкость 6 камеры 5, испытывает воздействие флуктуаций коэффициента преломления среды, которое выражается в наруше: нии однородной фазовой структуры света (фазовая модуляция).

Вместе с тем известно, что пузырьки пара 10 в жидкости не являются чисто фазовыми объектами (т.е. оии, кроме изменения фазы, модулируют еще и амплитуду падающей на них волны света) и поэтому будут рассеивать свет, во все стороны, но основная часть падающего на пузырек света (около 847) будет рассеиваться в узком конусе 13, угол расходимости которого зависит от размера пузырьков

10 и длины волны света (например, для пузырьков диаметром 20 мкм и длины волны света $ = 0,53 мкм,этот угол составляет 3 }. Центральный

40 луч 14 конуса 13 определяет положение центра пузырька 10. Направление распространения этого луча определяется направлением распространения волнового фронта той части света, 45 которая освещает пузырек 10. Процесс рассеяния на пузырьке не "приводит к изменению направления центрального луча 14, а только лишь к изменению амплитуды волны света в

55 этом месте, и в дальнейшем его эволюция в турбулентной среде будет совпадать с эволюцией лу а 12 исходной плоской волны, который прошел бы место расположения пузырька 10 в его отсутствие.

После прохождения пузырьковой камеры 5 первоначальный плоский волновой фронт света искажается, каждый

1222077 элементарный луч света получает свое направление, которое характеризу- ется углом 8, его выхода из тур° булентной жидкости 6. Оптические неоднородности элементов устройства (стенок камеры, линз и т.п.) дополнительно нарушают амплитудно-фазовую однородность освещающего пучка света. Весь свет, вышедший иэ пузырьковой камеры, фокусируется системой фокусировки 7 на: ЯОВФ 8, Здесь происходит обращение (реверс) волнового фронта, т.е. ЯОВФ 8 отражает каждый элементарный луч строго в обратном направлении, направляя

его назад по тому же самому. пути, каким он прошел через турбулентную среду (жидкость) 6,,{вследствие принципа обратимости световых лучей в оптике). Так, в частности, лучи 11 и 14.приобретают противоположное направление - соответственно 15 и 16.

Время между двумя прохождениями света через пузырьковую камеру (около 10 с) несравнимо меньше харак- 5 терного времени изменения турбулентной конфигурации среды (около 10 с) и все обращенные лучи 15 и 16 при обратном движении в камере 5 проходят через те же самые искажающие не- 30 однородности, восстайавливая свое первоначальное направление. Таким образом, в прозрачной {т.е. фазовой) среде камеры 5 при обратном прохождении света будет происходить полная компенсация всех фазовых искажений исходного пучка света. !

При этом свет, рассеянный пузырьком 10 и, узкий конус 13, вновь воз, вратится на него, хотя и ослабленный 4О по амплитуде, но с той же фаэовой микроструктурой, что была после рас-. ! сеяния при первом проходе пучка све-: та. Затем этот свет будет рассеян пузырькова 10 уже в обратном направлении. Однако, как и прежде, центральный луч 17 нового конуса рассеяния 18 не изменит своего направления (еще pas уменьшится лишь его амплитуда) и будет идти в обратном направле- о нии так же, как и луч 16, который прошел бы через место расположения пузырька 10 в его отсутствие. Таким образом, центральный луч 17 конуса рассеяния 18 выйдет из пузырьковой Ы камеры 5 строго в направлении, про-. тивоположном направлению исходного луча 12, и будет отличаться от лучей!

5, прошедших камеру 5 без рассеяния на пузырьках, лишь измененной (уменьшенной) амплитудой волны.

Весь свет, вторично прошедший через пузырьковую камеру 5, направляется затем полупрозрачным зеркалом

4 на фоторегистратор 9. Фазовые Нс-., кажения компенсируются при строго обратном проходе света через искажа" ющую среду. Интерференция света, не рассеянного на пузырьках, который после прохода камеры 5 туда и обратно вновь приобретает плоский волновой фронт,со светом, рассеянным на пузырьках 10 при его обратном проходе,образует голограмму объекта, фиксируемую фоторегистратором 9.Положение центра пузырька 10 на голограмме определяется направлением и точкой выхода центрального луча 17 конуса рассеяния 18 из турбулентной среды (жидкости 6).

Освещая затем голограмму пучком когерентного света, получаем восстановленное в пространстве изображение объекта голографирования. Поскольку при восстановлении искажающая среда отсутствует, будет наблюдаться расхождение между истинным положением пузырька 10 в объеме камеры и положением его восстановленного изображения 19. Величина этого расхождения зависит от тех искажений,, которые претерпевает центральный луч

17 конуса рассеяния 18 в турбулентной среде.

В предложенном способе центральный луч 17, после выхода иэ.пузырьковой камеры 5, имеет то же направление, что и лучи 15. Таким образом, происходит полная компенсация тех искажений, которые вызваны хаотическими флуктуациями угла выхода лучей света из пузырьковой камеры. Это оз- начает, что точность информации о местоположении пузырька 10 в объемер камеры 5 значительно повышается, так как отсутствуют угловые смещения центра изображения 19 пузырька, обусловленные "именно этими флуктуациямн угла выхода центрального луча 17 конуса рассеяния 18 из турбулентной среды (жидкости 6) и теперь ошибка в определении центра восстановленного с голограммы изображения 19 пу1 зырька будет обуславливаться лишь боковым смещением d Хц луча света

1222077 ьХ„-ЛХ 6L + .Z

Х 8 еа . с

8щЩПИ Заказ 5266/2 Тираж 436 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

18 пути Z от пузырька 10 до стенки камеры.

Одновременно с описанным эффектом компенсации искажений обеспечивается воспроизведение фазовой структуры исходной освещающей волны в той ее части, которая не прошла, через пузырек. Поэтому при регистрации следов заряженных частиц по предложенному способу при восстановлении голограммы получается равномерно засвеченный однородный фон, на котором отчетливо наблюдается изображение объекта регистрации (т.е. пузырьков пара).

Повьппение точности по сравнению с прототипом достигается за счет компенсации углового смещения центра изображения 19 пузырька 10, вызываео мого флуктуациями угла выхода центрального луча 17 конуса рассеяния света 18 на пузырьке 10.

При использовании предложенного способа угловая флуктуация компенсируется и точность регистрации повышается в раз.

Например, для средней части камеры, т.е. при Z = 0,51 1 точность регистрации повышается примерно в

3,5 раза.

Кроме того, применение предложенного способа позволяет дополнитель-но повысить точность и качество регистрации следов заряженных частиц в пузырьковой камере. Это обеспечивается тем, что восстановление с голограммы изображение пузырьков пара в рабочем объеме камеры имеет однородный фон, не нарушаемый опти10 ческими искажениями турбулентной среды и локальными неоднородностями оптических элементов устройства. Это позволит упростить обработку полученной информации на автоматических

15 просмотрово-измерительных устройствах.

Предложенное техническое решение позволяет снизить пгребования к используемым оптическим элементам, особенно к стенкам быстроциклирующих криогенных камер, обычно изготавливаемых из поликарбоната, который имеет повышенную неоднородность.

Частота срабатывания камеры уже не будет влиять на качество голограмм. Все это позволит повысить загрузку камеры треками элементарных частиц, значительно увеличить скорость ее циклирования, что повьнпа30 ет характеристики камеры в целом, как физического прибора.

Способ можно использовать в любом

I варианте однолучевых и двулучевых

1схем голографирования,