Устройство для поиска следов частиц в ядерной фотоэмульсии

 

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано в трековых детекторах при исследовании элементарных , в частности короткоживущих частиц. Цель изобретения - повьшение отношения сигнала к шуму путем изменения формы освещенной области. Устройство содержит систему формирования сходящегося пучка света, собирающую цилиндрическую линзу с системой ее поворота вокруг оптической оси уст .ройства, мезооптический зеркальный элемент с кольцевым откликом, блок формирования фотоэлектрических сигналов , систему перемещения ядерной фотоэмульсии , систему поворота блока формирования фотоэлектрических сигналов и блок записи данных. При работе устройства собирающую линзу устанавливают таким образом, чтобы образующая линзы была параллельна искомым прямым следам частиц в ядерной фотоэмульсии . За счет этого увеличивается доля дифрагированного пучка света на прямом следе частицы, одновременiHO в несколько раз уменьшается освещенная область ядерной фотоэмульсии. 1 ил. (Л W4 сл со 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) А1 (Ю4G 01 Т 5/10

ЗСг.1 .О% -"- 5 Я

1 и. .

, 1,! тг /

1 Я .3 и

e X 1 . "М „

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4060664/31-25 (22) 22.04.86 (46) 30.09.87. Вюл. М 36 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Л.М.Сороко (53) 539.1.073.7(088.8) (56) Кулагин С.В. и др. Оптико-механические приборы. M.: Машиностроение, 1984, с. 5.

Авторское свидетельство СССР

М 1249601, кл, G 01 Т 5/10, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА СЛЕДОВ ЧАСТИЦ В ЯДЕРНОЙ ФОТОЭМУЛЬСИИ (57) Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано в трековых детекторах при исследовании эле" ментарных, в частности короткоживущих частиц. Цель изобретения — повышение отношения сигнала к шуму путем изменения формы освещенной области. Устройство содержит систему формирования сходящегося пучка света, собирающую цилиндрическую линзу с системой ее поворота вокруг оптической оси уст.ройства, мезооптический зеркальный элемент с кольцевым откликом, блок формирования фотоэлектрических сигналов, систему перемещения ядерной фотоэмульсии, систему поворота блока формирования фотоэлектрических сигналов и блок записи данных, При работе устройства собирающую линзу устанав1 ливают таким образом, чтобы образующая линзы была параллельна искомым прямым следам частиц в ядерной фотоэмульсии. 3а счет этого увеличивается доля дифрагированного пучка света на прямом следе частицы, одновремен но в несколько раз уменьшается освещенная область ядерной фотоэмульсии.

1 ил.

)341596

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано в методике трековых детекторов при иссле5 довании элементарных, в частности короткоживущих частиц.

Белью изобретения является повышение отношения сигнала к шуму путем изменения формы освещенной области.

Интенсивность сигнала увеличена за счет уменьшения области освещения в направлении, перпендикулярном прямому следу частицы, при той же полной интенсивности освещающего пучка света.

Интенсивность шума уменьшена за счет того, что участки ядерной фогозмульсии, ранее освещаемые сходящимся пучком света, теперь стали неосвещенны- ми. При этом длина освещаемой части прямого следа осталась без изменения и информативность измеряемых данных осталась прежней.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. 25

Устройство содержит систему формирования сходящегося пучка света,собирающую цилиндрическую линзу 2,систему 3 поворота собирающей цилиндрической линзы, систему 4 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, мезооптический зеркальный элемент 5 с кольцевым откликом, блок

6 переноса мезооптических изображений прямых следов частиц, блок 7 формирования фотоэлектрических сигналов, систему 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изображений прямых следов частиц и блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, блок 9 записи дан«40 ных .

Лучи света, дифрагированные на прямом следе частицы в ядерной фотоэмульсии, попадают на мезооптический зеркальный элемент 5 с кольцевым от- 4В кликом, отражаются от него, переносятся блоком 6 переноса мезооптических изображений и преобразуются в блоке 7 в фотоэлектрический сигнал. В блок 9 записи данных поступают фотоэлектрические сигналы, данные о положении ядерной фотоэмульсии из системы

4 и данные об угле поворота из системы 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изоб- Бб ражений прямых следов частиц и блока

7 формирования фотоэлектрических сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Включают систему 1 формирования сходящегося пучка света, систему 4 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, блок 7 формирования фотоэлектрических сигналов, систему

8 поворота и контроля положения блока

6 переноса мезооптических изображений и блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, а также блок 9 записи данных.

При поиске прямых следов частиц заданной ориентации производят следующие процедуры. Сначала устанавливают на заданный угол ориентации искомых прямых следов частиц систему 8 поворота и контроля положения блока 6 переноса мезооптических изображений и .блока 7 формирования фотоэлектрических сигналов, собирающую цилиндрическую линзу 2 устанавливают при помощи системы 3 поворота таким образом, чтобы образующая собирающей цилиндрической линзы 2 была параллельна искомым прямым следам частиц в ядерной фотоэмульсии. Систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии настраивают так, чтобы направление движения ядерной фотоэмульсии обо разовывало угол, близкий к 90 относительно ориентации искомых следов частиц. В блок 9 записи данных поступает информация о всех прямых следах частиц, которые образуют веер направлений относительно заданной с углом ь8, При этом угол а8 связан с малой осью освещенной области й,, имеющей форму эллипса в сечении, перпендикулярном оптической оси устройства, и большой осью эллипса d, равной диаметру поля зрения D в прототипе, связаны неравенства 6 8 d.,/d . В противном случае сигнал от прямых следов частиц будет изменяться в зависимости от угла ориентации. В случае, если это условие выполнить нельзя без уменьшения отношения сигнала к шуму, то всю указанную выше процедуру повторяют при новой ориентации устройства, отличающейся от исходной на угол = а6 . Если необходимо получить данные о прямых следах частиц двух или трех ориентаций, процедуру повторяют необходимое число раз.

Суть предлагаемого устройства в том, что в нем увеличена в несколько раз абсолютная доля дифрагированного

1596

10

3 134 пучка света на прямом следе частицы без изменения информативности измеряемых данных о прямом следе частицы, таких, как разрешение по углу или разрешение по радиальной координате.

Одновременно в несколько раз уменьшена освещенная область ядерной фотоэмульсии. В результате существенно увеличивается отношение сигнала к шуму. Вытекающее иэ этого обстоятельства уменьшение интервала углов 6 8 не приводит к каким-либо отрицательным эффектам, так как съем данных в пред лагаемом устройстве можно вести во о aceM интервале углов 8 от 0 до 180 если одновременно поворачивать систему 3 поворота цилиндрической линзы 2 и систему 8 поворота блоков 6 и 7.

Техническое лреимущество предлагаемого устройства состоит в том, что оно обладает более высоким отношением сигнала к шуму, чем известное.Оценим коэффициент повышения отношения сигнала к шуму. Пусть диаметр поля зрения устройства и =Р=0,5 мм, а расстояние от ядерной фотоэмульсии до мезооптического зеркального элемента с кольцевым откликом равно H=150 мм.

Это значит, что ширина узкой полоски дифракционного изображения прямого следа частицы в месте расположения мезооптического зеркального элемента с кольцевым откликом b,= = — -Н=О 15 мм

% р Э для длины волны света % =0,5 мкм. При этом укаэанная полоска простирается от внутреннего радиуса Вз„ =30 мм до внешнего радиуса R=80 мм. По мере уменьшения малой оси d, освещенной области в форме эллипса дифракционное пятно вытягивается вдоль узкой полоски дифракционного иэображения.

В пределе, когда ее длина станет равной 30 мм (Б „), на мезооптический элемент с кольцевым откликом начинает попадать край прямого пучка света.

Чтобы этого не произошло, необходимо, б d, /В а/В,„и а, dD/В,„.

Для ь =0,15 мм, D=0,5 мм, R =30 мм получаем ограничение й, ) 2,5 мкм. Таким образом,коэффициент повышения отношения сигнала к шуму в предлагаемом устройстве ограничен сверху значением (Б/N)„ „ =D/d, 200:l. Это является физическим ограничением на (Б/N)Ä . Вторым ограничением является ограничение, вытекающее из разброса угла а 8 заданных ориентаций прямых следов частиц. Обычно b с =П,01 рад, и поэтому нецелесообразно брать d,/D)

>0,01.Отсюда получаем второе ограничеННе (S/N) „ 100:1.Надо учесть также то,что если собирающая цилиндрическая линза 2 не является меэооптической, то при толщине эмульсии h=0,2 мм равномерное освещение по глубине можно сделать, если d< подчинено условию

d, ) —, . яГ.

Для 1< =0,5 мкм получаем d,> 5 мкм. Отсюда вытекает третье ограничение: (Б/И)„ „ <100:1. Так как третье ограничение не отличается от второго, то нет необходимости вводить мезооптическую цилиндрическую линзу. Итак (S/N) =50:1. Это — первое преимущеOtlt ство.

Вторым техническим преимуществом предлагаемого устройства является то, что требование на абсолютную интенсивность пучка света в системе формирования сходящегося пучка света ослаблено примерно во столько же, во сколько увеличивается отношение сигнала к шуму, т.е. примерно в

50 раз.

Формула изобретения

Устройство для поиска следов частиц в ядерной фотоэмульсии, содержащее систему формирования сходящегося пучка света, систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, мезооптический зеркальный элемент с кольцевым откликом, блок переноса мезооптических изображений прямых следов частиц, блок формирования фотоэлектрических сигналов, систему поворота и контроля положения блока переноса мезооптических изображений прямых следов частиц и блока формирования фотоэлектрических сигналов, а также блок записи данных, о т л ич а ю щ е е,с я тем, что, с целью повышения отношения сигнала к шуму путем изменения формы освещенной области, в устройство введены дополнительно собирающая цилиндрическая линза и система поворота собирающей цилиндрической линзы относительно оптической оси устройства, при этом собирающая цилиндрическая линза расположена между системой формирования сходящегося пучка света и .ядерной фотоэмульсией.

1341596

Составитель С. Кондратенко

Редактор Э. Слиган Техред Л.Сердюкова

Корректор А. Тяско

Заказ 4433/50 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород,ул, Проектная, 4