Стереоустройство для просмотра ядерной фотоэмульсии

 

Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц Цель изобретения - повышение точности измерений положения прямого следа частицы в ядерной фотоэмульсии Стереоустройство содержит две автономные системы освещения оси которых пересекаются вне слоя ядерной фотоэмульсии каждая автономная система освещения содержит положительную мезооптическую цилиндрическую линзу и систему поворота и контроля угла поворота положительной мезооптической цилиндрической линзы, две системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц побочная оптическая ось левой (правой) системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц ориентирована перпендикулярно медианной плоскости левой (правей) освещенной области формируемой левой (правой ) автономной системой формирования схпдящегося пучка света, и проходит чеоеэ центр левой (правой) освещенной области. Устройство позволяет вести поиск следов частиц в ядерной фотоэмульсии со скоростью 10 4 ил (/ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 Т 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4663215/25 (22) 28.03.89 (46) 15.02,91. Бюл. М 6 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Л.М.Сороко (53) 539.1.08 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1434990,,кл. G 01 Т 5/10, 24.03.89.

Авторское свидетельство СССР

N1124715,,кл. G 01 Т 5/10, 30,03,83 (54) СТЕРЕОУСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОСМОТРА ЯДЕРНОЙ ФОТОЭМУЛЬСИИ (57) Изобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц, Цель изобретения — повышение точности измерений положения прямого следа частицы в ядерной фотоэмульсии. Стереоустройство содержит две автономные системы освещеИзобретение относится к экспериментальной физике элементарных частиц и может быть использовано при исследовании свойств короткоживущих элементарных частиц на пучках нейтрино от ускорителя, Цель изобретения — повышение точности измерения 2 .-координаты и угла погружения Oz прямого следа частицы.

На фиг. 1-4 изображено стереоустройство.

На фиг. 1 обозначены 1 — источник коллимирован ного пучка света; 2 — положительная мезооптическая цилиндрическая линза (вместе с расширителем); 3 — система поворота и контроля угла поворота положительной мезооптической цилиндрической линзы (вместе с расширителем); 4 — иммерсионные

„„. Ж „„1628025 А1 ния, оси которых пересекаются вне слоя ядерной фотоэмульсии, каждая автономная система освещения содержит положительную мезооптическую цилиндрическую линзу и систему поворота и контроля угла поворота положительной мезооптической цилиндрической линзы, две системы формирования мезооптических иэображений прямых следов частиц, побочная оптическая ось левой (правой) системы формирования мезооптич=ских изображений прямых следов частиц ориентирована перпендикулярно медианной плоскости левой (праной) освещенной области, формируемой левой (правой) автономной системой формирования сходящегося пучка света, и проходит через центр левой (правой) освещенной области.

Устройство позволяет вести поиск следов частиц в ядерной фотоэмульсии со скоростью 10 см /мин. 4 ил. элементы систем освещения; 5 — система перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии; 6 — иммерсионные элементы системы формирования меэооптических изображений прямых следов частиц; 7 — система формирования мезооптических иэображений прямых следов частиц; 8 — фотоприемник; 9 — система поворота и контроля угла поворота системы формирования меэооптических изображений прямых следов частиц; 1Облок обработки сигналов на выходе ПЗС;

11 — блок отображения и записи данных.

Лучи света из источника 1 проходят через цилиндрический расширитель и положительную цилиндрическу э линзу 2, иммерсионный элемент 4 и образуют в мвс1628025 те расположения ядерной фотоэмульсии (ЯФЭ) освещенную область, плоскость которой наклонена под углом (к оси симметрии стереоустройства и толщина которой равна:

5 где А — длина волны света;

А — числовая апертура положительной 10 мезооптической цилиндрической линзы 2.

Для А = 0,5 мкм, А = 0,4 d= 1,2 мкм.

Глубина фокуса Н1 линзы 2 равна или несколько больше h/cos (, для h =- 0,2 мм, (=

=- 45 Н1 0,3 мм. По условию освсщенная 15 область перпендикулярна побочной оси соответствующего мезооптическо о элемента, формиругсн1его мезооптическое изображение прямо-о следа частицы. По эгой причина здесь II",возникает пр0блемы глубины 20 резкости.

Принцип пействия предлагаемого стереоустройства пояснен на фиг. 2 и 3. Две освещенные области изображены пересекающими- 25 ся B пределах обьема ядерной фотоэмульсии, На фиг. 2 две освещенные области при

IIG" 1о.ll, I систе -1ы 3 ориен ироианы IdK, 410 линия пересеченич двух освещенных областеи па, лле.l„lla следу часицы А, который 30 иде1 параллельно медианнои плогкости ядерной фотоэмульсии и имее угол погружения О, О.

Чтобы IIRñòðoèòü освещенные области на след част 1цьl В плоскости освещенных 35 областей поворачивают при помощи системы 3 на угол так, что плоскости освещенных областеи пересекаются на линии, которая идет под у noì погружения 0, О. В этих условиях след частицы А никогда не будет 40 освещен на всю длину, ни в левом, ни в правом плече стереоустройства (фиг, 3).

Так как освещенная область теперь наклонена относительно исходного положения, то для эффективного наблюдения 45 мезооптического изображения следа частицы В необходимо повернуть на тот же угол IIctåìó 7 формирования мезооптических изображений прямых следов частиц при помощи системы 9, оставив в исходном положении иммерсионные элементы 6.

Освещенная область будет перпендикулярна побочной оси системы 7, Система 7 формирования мезооптических изображений прямых следов частиц производит развер- 55 тывание мезооптических изображений следов частиц в пределах фокагьного кольца системы 7 в соответствии с их ориентацией в пределах освещенной области. Фотоприемник 8 на основе ПЗС настроен на регистрацию только заданного интервала углов ориентации прямого следа частицы, например. в пределах +.1 . Такая селективность приводит к высокому отношению сигнала к шуму. Система 7 видит только прямые следы частиц, а любые большого размера обьекты или ильно искривленные следы частиц не видны вообще, На фиг. 4 показано реальное расположение двух освещенных областей для левого (L) и правого (R) плеч стереоустройства.

Рассмотрим во времени прохождение искомых следов через две освещенные области.

След К пройдет через освещенную область левого плеча в момент времени t> и через освещенную область правого плеча — в момент времени t1 . Разность укаэанных моментов времени Atl = t> -t> однозначно

R связана с Z-координатой следа частицы Zt.

Аналогично происходит прохождение второго искомого следа в другие моменты времени 12 и т2 . Разность Лт2

R R определяется Z-координатой следам частицы

Z2, Так как толщина освещенной области в реальном стереоустройстве равна 1,2 мкм в соответствии с соотношением (1), то погрешность в оценке Z-координаты прямого следа частицы составляете = V2 1,2 = 1,7 мкм.

Левое и правое плечи стереоустройства не создают никаких перекрестных помех, так как левая система 7 не видит освещенную область правого плеча стереоустройства, Максимальная разность времени ht между двумя сигналами, создаваемыми одним и тем же искомым следом частицы, равна:

A 1 Matc = — (G + — - ), (2)

1 h ч cos где ч — скорость перемещения ядерной фотоэмульсии;

G — расстояние между центрами двух освещенных областей;

h — толщина слоя фотоэмульсии; — угол наклона освещенных областей к оптической оси стереоустройства, Если прямой след частицы идет параллельно левой освещенной области, но не идет параллельно правой освещенной области, то мезооптическое изображение в правом плече стереоустройства не возникает, вернее, его амплитуда ниже уровня дискриминации, Если через время ìàKñ после появления сигнала в левом плече стереоустройства в правом плече не возникает сигнала, то в блоке 10 обработки сигналов на

1628025 выходе Il3C информация о прохождении прямого следа частицы через левую освещенную область стирается и в блок 11 отображения и записи данных не поступает.

Если же след имеет заданную ориентацию 5 по углу Оху в плоскости ядерной фотоэмульсии и по углу погружения Oz, то сигналы возникают в обоих плечах стереоустройства. При этом Х-координата обнаруженного следа частицы определяется средним мо- 10 ментом прохождения

С" +1

lo 2 (3) 15

В реальном стереоустройстве вместо моментов времени t фиксируются координаты положения системы 5 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, 20

Стереоустройство работает следующим образом.

Включают источники коллимированных пучков света, систему 5 перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, фотоприемники 8, блоки 10 обработки сигналов и блок 11 отображения и записи данных. Затем устанавливают ядерную фотоэмульсию (ЯФЭ) в рабочее положен;е

По данным целеуказаний, полученным в гибридном спектрометре частиц. устанавливают в заданное положение при пслюьч,l систем 3 положительные мезоопт: чс скис цилиндрические линзы 2. Поворач -эют в рабочее положение, определяемое углэл1и

Oxv и Oz, систему 7 при помощи систем. 9 и начинают просмотр ядерной фогочмульсии с целью поиска следов частиц заданной ориентации, Так как фон в предлагаемом;-е40 реоустройстве сильно подавлен, то ll-..;:цесс поиска можно вести со скоростью до 20 мм/с, которая соответствует производительности 20 мм /с или 12 сл1 /см.

2 2

После нахождения искомого следа частицы переходят к поиску другого следа час45 тицы. Для этого заново настраивают положительные мезооптические цилиндрические линзы 2 и систему 7 формирования мезооптических иэображений вместе с фотоприемником 8.

Предлагаемое стереоустройство обладает очень острой настройкой по углу погружения Oz и одновременно по углу ориентации О ху. Это есть следствие того, что предлагаемое устройство дает высокую точность измерения Z-координаты и угла погружения Oz прямого следа частицы. Последняя характеристика достигнута благодаря тому, что освещенная область имеет толщину 1,2 мкм и стереоустройство может эффективно работать при угле

=45, благодаря тому, что в каждом плече наблюдается только одно мезооптическое иэображение прямого следа частиц, а именно то, которое находится ближе к оптической оси стереоустройства.

Кроме указанных выше метрологических характеристик, предлагаемое стереоустройство позволяет вести поиск следов частиц в ядерной фотоэмульсии со скоростью до 10 см /мин. г

Формула изобретения

Стереоустройство д1я просмотра ядерной фотоэмульсии, содержащее систему освещения ядерной фотоэмульсии, две системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц, два фотоприемника на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), систему перемещения и контроля положения ядерной фотоэмульсии, блоки обработки сигналов на выходе

ПЭС, блок отображения и записи данных, при этом система освещения ядерной фотоэмульсии и системы формирования мезооптических изображений прямых следов частиц содержат иммерсионные оптические элементы с плоскими и сферическими поаерхностям ".. о т л и ч а ю щ р. е с я тем, что, с целью повышения точ .ости измерения Zкп.зрдинаты и угла погру:к= 1ич Oz прямого след- гастицьк система Освещения .парной фотоэмульсии выполнена ч виде дву: . BTQномных систем формирования сходчщ. ося

IIó ка света, г".ждал автономнач с.1сте; а формирования сходчщегося,; чка света содерж 1T положите. нуIG мезоо тическую цилиндрическую 1ин у, систему г оворота и

<.:нтполч угла поворота положительной мезоопTè÷åской цилиндрической лин3ы, глубина фокуса положительной цилиндрической мезооптической линзы Н1 выбрана из условия Н1 h/соз (, где h— толщина слоя ядерной фотоэмульсии; ( угол между осью сходчщегося пучка света и осью симметрии стереоуст ойства, прямолинейная направляющая каждой положительнои мезооптической цилиндрической линзы ориентирована параллельно искомол у следу частицы, оптические оси двух сходящихся пучков света пересекаются в области, которая находитсч вне, например ниже слоя ядерной фотоэмульсии, левая (правая) система формирования мезооптического изображения прямого следа частицы содержит систему поворота и контроля

yrna поворота вокруг Оси, которая совпадает с осью левого (правого) сходящегося пучка света, побочная оптическая ось левой (прв1628025

Фи8.2 вой) системы формирования мезооптического„изображения прямого следа частицы ориейтированэ перпендикулярно медианной плоскости левой (правой) освещенной области, формируемой левой (правой) авто- 5 номной системой формирования сходящегося пучка света, и проходит через центр указанной левой (правой) освещенной области, 1628025

Составитель Т.Горчакова

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор А.Лежнина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 340 Тираж 286 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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