книги из ГПНТБ / Викторов Г.Г. Мюонный метод определения плотности горных пород

со стабилизатора опорного напряжения снимается 11 в. Высо­ ковольтный преобразователь служит для создания высокого напряжения на диодах ФЭі' и собран по схеме двухтактного

блокпнг-генератора с умножением и последующей стабилиза­ цией.

Наземный электронный блок (пульт управления П) вклю­ чает в себя предварительный усилитель 17, пересчетное уст­ ройство 18, усилитель мощности 19 и регистр'»ріующее устрой­ ство, которым может быть либо электромеханический счет­ чик 20, либо самопишущее устройство 21.

Электрические импульсы, поступившие по кабелю из сква­ жинного зонда в наземный пульт, усиливаются и формируют­ ся в предварительном усилителе и подаются на вход пересчетного устройства, собранного на трех триггерах по двоич­ ном системе. Такая схема позволяет получать коэффициент пересчета 2, 4 п 8. При необходимости пересчетное устройство

может быть полностью выключено. Емкость счетного канала составляет 8-104 импульсов.

С пересчетного устройства электрические импульсы пос­ тупают на вход усилителя мощности и далее иа электромеха­ нический счетчик или на самопишущее устройство.

В наземном блоке смонтированы также стабилизатор ис­ точника постоянного напряжения 22 и стабилизатор схем на­ земного пульта 23. Питание аппаратуры осуществляется от источника постоянного тока напряжением 25—40 в. Общий потребляемый установкой ток не превышает 1 а.

Конструктивно установка ИИКЛ-2 выполнена в виде дву’х отдельных ^блоков: скважинного снаряда и наземного элек­ тронного блока. Скважинный снаряд представляет собой стальной цилиндр с наружным диаметром 115 мм и высотой 3000 мм, включая переходную головку. Конструкция снаряда позволяет проводить наблюдения в скважинах, заполненных водой, до глубины около 3 км. Общая масса снаряда около 100 кг. Наземный электронный блок собран в брызгонепро­ ницаемом корпусе, размеры которого 460X290X170 мм. На лицевой панели блока смонтирован электромеханический счетчик, часы, приборы, контролирующие напряжение и пот­ ребляемый ток. Масса наземного электронного блока около 10 кг. Скважинный зонд соединяется с наземным пультом с помощью кабеля типа КТБ-5. Спуск и подъем зонда осущест­ вляются с помощью рущнои или механической лебедки.

2.4. Технико-методические характеристики устройств для подземной регистрации космических мюонов

Основными характеристиками устройств, предназначенных для подземной регистрации мюонной компоненты космичес­ кого излучения, являются: аппаратурный фактор (светосила),

зависящий от геометрии телескопа, эффективной площади и углового распределения мюонов; диаграмма направленности, устанавливающая зависимость между числом частиц, заре­ гистрированных в элементе телесного угла, и зенитным углом их прихода в детектор; градуировочные кривые, показываю­ щие зависимость между интенсивностью мюонов и глубиной наблюдения для данного типа установок.

Аппаратурный фактор К позволяет рассчитать число мюо­ нов на заданной глубине, которое будет зарегистрировано детектором с конкретной геометрией:

элементарной площадки в верхнем и нижнем ряду счетчиков соответственно; а — смещение верхнего ряда относительно нижнего (в случае наклонных телескопов). Остальные обоз­ начения те же, что и в формуле (2.2).

Для вертикального телескопа с помощью замены перемен­

=140 импульс/мин)

*Значения аппаратурного фактора вычислены по формуле (2.10).

Поэтому обычно аппаратурный фактор на уровне моря опре­ деляют экспериментально:

Диаграмма направленности для телескопа на совпаде­ ниях ИИКЛ-1 рассчитывается из предположения, что элемен­ тарный поток мюонов на уровне моря в направлении (0, ср) с учетом формулы (1.39) имеет вид:

которую пересекает поток мюонов из направления Ѳ, ср и ко­ торая дает совпадения.

Площадь S(0, ср) легко определить с помощью простого геометрического построения с использованием так называе­ мого метода «зайчика» [36].

Для телескопов на сциптилляциониых или черепковских счетчиках величина элементарного потока будет зависеть также от площади боковой поверхности детектора:

гіФ® = Ф°с т cos" 6]cos 0sin'03, (0, ср) 4- sin2 OS, (0, ср)] dMv,

(2.12)

где Si(ô, ср) и S2(0, ср)— площади верхнего основания и бо­ ковой поверхности соответственно. Интегрирование по ср дает

На рис. 2.4 приведены диаграммы направленности для телескопа НИКЛ-1Б для малой и большой апертуры, рассчи­ танные для направления ср. Расчетная диаграмма иаправлен-

Рпс. 2.4. Диаграммы направленности шахтного телескопа ИИКЛ-ІБ:

а — (1=39°; б — У =58°.

ностм черепковского детектора показана на рис. 2.5. Следует заметить, что точный расчет диаграммы направленности для черепковского детектора связан с определенными трудностя­ ми, возникающими при учете зависимости интенсивности вы­ свечивания от пути, проходимого мюонами в радиаторе счет-

•чика. В. связи с указанным, диаграмму направленности оди­ ночного черепковского счетчика целесообразно изучать эк­ спериментально.

Схема установки приведена на рис. 2.6. Импульсы, возни­ кающие в черепковском счетчике и газоразрядных счетчиках

Рис. 2.6. Схема экспериментальной установки для изу­ чения диаграммы направленности черепковского счет­ чика:

кассеты, поступают на схему двухкратных совпадений. Изме­ нение зенитного угла б осуществляется изменением расстоя­ ния I, при этом высота расположения черепковского счетчика Н остается постоянной, а плоскость кассеты располагается перпендикулярно к прямой, соединяющей центр черепковского счетчика и кассеты и образующей с вертикалью угол, равный 0.

По экспериментальным данным величина случайных сов­ падений для указанных на рис. 2.7 размеров установки соста­ вила 0,364 импульс/мин. Угол ср заметно меняется с измене­ нием расстояния I, поэтому измеренные потоки мюонов были приведены к единице телесного угла Q, который вычислялся для прямоугольной пирамиды с половинными углами, равны-

чайные совпадения. Множитель 2л показывает, что суммиро­ вание было проведено по всем азимутальным углам, а мно­ житель sin 6 учитывает изменение расстояния между череп­ ковским детектором и кассетой.

Формы расчетной п экспериментальной диаграмм направ­ ленности показывают, что черепковский счетчик мало эффек­ тивен для мюонов, приходящих в счетчик под углами, близ­ кими к вертикали. Это означает, что вклад частиц, прошед­ ших по стволу скважины и попавших в детектор скважинного зонда, относительно мал.

Ход кривой скорость счета — глубина для данного типа установки определяется значением аппаратурного фактора, а также свойством диаграммы направленности. Градуировоч­ ные кривые используют для интерпретации измеренного по­ тока мюонов.

Градуировочные кривые можно получить либо расчетным путем, когда известно изменение аппаратурного фактора и плотности потока мюрнов в вертикальном направлении с глу­ биной, либо экспериментально на геологических разрезах с известной плотностью или же в водных бассейнах. Градуиро­ вочные кривые для скважинной установки, снятые в водных бассейнах в разные годы (Кубанское водохранилище и Чер­ ное море 1968—1969 гг.), показаны на рис. 2.7.

Потоки мюонов, зарегистрированные в Кубанском водо­ хранилище в разные годы, в пределах погрешности измере­ ний согласуются между собой. Такие разновременные наблю­ дения позволяют построить единую усредненную градуировоч­ ную кривую и, кроме того, характеризуют стабильность ра­ боты скважинной установки. Потоки мюонов измеряли с од­

ним H тремя детекторами. Градуировочные кривые для трех детекторов имеют более высокий уровень и идут параллельнокривым для одиночного детектора. Отношение величин сред-

Рис. 2.7. Градуировочные кривые для аппаратуры ИИКЛ-2:

ней скорости счета мюонов, полученных с тремя и одним де­ тектором на Кубанском водохранилище, составляет 2,33, па