Экспериментальные методы ядерной физики (ЭМЯФ) / Деменков

Методы совпадений и антисовпадений и средства их обеспечения 181

чины порога Uп устройства дискриминации и формирова ния УДФ. Основные сигналы в структуре мажоритарной схемы совпадений представлены на рисунке 39б. Выходной сигнал со схемы УДФ выделяется фиксированной ампли туды и длительности. Он отражает тот факт, что кратность совпадений на входах данного устройства не меньше чис ла выбранного и установленного переключателем П, не зависимо от очередности и варианта их поступления.

Разнообразие мажоритарных схем совпадений отли чается главным образом схемами суммирующих и диск риминирующих устройств. Основу устройств суммирова ния составляют схемы сумматоров на базе операционных усилителей, а устройства дискриминации создаются на основе интегральных компараторов. В составе быстрых мажоритарных схем совпадений широко используются токовые сумматоры и быстрые компараторы в интеграль ном исполнении.

8.7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ И ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ОТБОРА СОБЫТИЙ

Все многообразие схем совпадений и антисовпадений относится к более широкому классу средств отбора сигна лов, ориентированных на различные направления экспе риментальных методов ядерной физики. Следует заметить, что данная разновидность электронной техники продол жает достаточно интенсивно развиваться и совершенство ваться. Характерно, что такая тенденция довольно четко прослеживается, несмотря на некоторый спад интереса к разработкам средств ядерной электроники общей ориен тации и традиционного назначения.

Разнообразные варианты, а также различные методи ческие основы, заложенные в средства отбора событий, составляют те или иные версии техники совпадений и ан тисовпадений. Их гетерогенный характер схемотехниче ских решений, объединенный логикой экспериментальных

исследований, определили новый класс или разновидность электронных средств экспериментальной физики. Эти уст ройства, ставшие неотъемлемой частью измерительных систем сложных экспериментальных установок, получи ли название логические процессоры.

Необходимость создания данной разновидности элек тронной техники вызвана значительным ростом сложно сти экспериментальных исследований, как в физике эле ментарных частиц, так и в физике ядра высоких и сред них энергий. В значительной мере произошло увеличение числа детекторных устройств, весьма расширилась их но менклатура, реально возросло пространство сбора собы тий, а также сложность геометрии эксперимента. Более того, в существенной мере сократилось время реакции и принятия решений на каждом из этапов селекции собы тий, численность которых также возросла.

Проведение измерений такого плана вызвало необхо димость привлечения топологических критериев в их ор ганизации, включая варианты отбора событий. Имеется в виду необходимость учета углов «падения», т. е. налета исходных частиц, их энергии, а также углов разлета обра зовавшихся компонентов ядерных реакций, вызванных ими на мишени изучаемого материала. Обратимся к про стой модели обычной реализации пространственно вре менной задачи по изучению взаимодействия заряженных частиц с исследуемым веществом.

В основу этих измерений положены, как правило, то пологические критерии, определяющие структуру и базу для всех вариантов определения основных параметров. Их фундаментом являются различные версии и виды телеско пических и годоскопических систем регистрации. С их помощью определяются направление исходного воздей ствия и углы разлета компонентов ядерной реакции. То пология эксперимента, которая нередко еще называется его геометрией, а также вариант отбора событий в нем представлены на рисунке 40.

Исходное направление поступления частиц на мишень М определяется телескопической системой из двух «по лупрозрачных» сцинтилляционных детекторов Дет.1 и

Методы совпадений и антисовпадений и средства их обеспечения 183

Рис. 40

Стандартная топология измерений и вариант отбора событий в эксперименте (пояснения в тексте)

Дет.2. Углы и разлета продуктов реакции из мишени М фиксируются и определяются с помощью двух других детекторов Дет.3 и Дет.4. Их расположение характерно для годоскопической системы.

С каждого из этих детекторов Дет.1–Дет.4 сигналы по ступают на дискриминаторы Д1–Д4, где они нормируются по амплитуде и длительности. Кроме того, моменты вре мени их появления t1–t4 фиксируются на временной оси. Представленная геометрия эксперимента диктуется и оп ределяется его задачами. Получаемые результаты изме рений, обусловлены с одной стороны, топологическими критериями, а с другой стороны, структурой системы от бора событий, состоящей из схем совпадений СС1–СС3.

На практике несоблюдение одновременности поступ ления событий, а это, если можно так выразиться, ключе вое нарушение основного положения метода совпадений, должно быть скомпенсировано. Для таких целей исполь зуются элементы задержки ЭЗ1–ЭЗ5, как правило, в виде отрезков кабеля необходимой величины. Временной раз брос в появлении сигналов связан со всей совокупностью факторов пространственно временного плана, т. е. это то пология, очередность поступления, время регистрации и т. п.

Первая схема совпадений СС1, фиксируя факт совпа дения сигналов на своих входах, выдает выходной сигнал. С его помощью, управляя измерительными модулями, можно выделять и регистрировать лишь эксперименталь ные данные, представляющие интерес. В таком случае в измерительной системе можно будет накапливать инфор мацию о процессах, происходящих в направлении А, т. е. под одним из выбранных углов . Измерительная система на рисунке 40 не представлена.

Вторая схема совпадений СС2 таким же образом спо собствует получению экспериментальных данных в на правлении В, т. е. под другим углом . Таким образом, можно выделять и фиксировать информацию по каждому из установленных направлений исходя из условий экспе риментальных исследований. Третья схема совпадений СС3 будет обеспечивать полный единовременный сбор дан ных эксперимента по обоим направлениям разлета ком понентов ядерных реакций на мишени М.

При такой ситуации создаются условия для всесторон него и глубокого изучения всего многообразия ядерных превращений. Их можно проводить в широком диапазоне энергий для различных угловых распределений продук тов ядерных реакций. Даже при получении счетной ин формации с помощью такой системы отбора событий мож но регистрировать и получать весьма интересные резуль таты.

Появилась возможность рассматривать вопросы кор реляции событий, решать задачи прохождения вторично го излучения через вещество и т. д. Не вызывает сомне ний тот факт, что привлечение дополнительных измери тельных методик амплитудного или временного анализа для каждого из установленных направлений вылета про дуктов ядерных реакций в существенной мере будет по вышать качество и ценность получаемых эксперименталь ных данных.

Рассмотрены электронные средства нелинейных мето дов выделения информации в виде дискретных сигналов с детекторных устройств. Представленная электронная тех ника решает задачи ограничения, дискриминации и селек

Методы совпадений и антисовпадений и средства их обеспечения 185

ции сигналов. С ее помощью осуществляется перевод ана логовых сигналов с различных детекторов в цифровую форму. Приведена структура отбора событий в практике ядерно физических исследований, которая может слу жить прототипом одного из вариантов унифицированной системы регистрации, используемых в экспериментах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие задачи решаются с помощью электронной техники со впадений?

2.Какие функции выполняют устройства совпадений в практи ке эксперимента?

3.С какой целью применяются элементы задержки при исполь зовании техники совпадений и антисовпадений?

4.Эквивалентная схема совпадений и ее модель на базе парал лельных ключей.

5.Структура эквивалентной схемы совпадений в виде модели последовательно соединенных ключей.

6.В чем заключается различие схем совпадений и антисовпа дений?

7.Что такое разрешающее время схемы совпадений и можно ли измерить этот параметр?

8.Что такое мертвое время схемы совпадений и что может вли ять на данный параметр?

9.Какими параметрами характеризуются выходные сигналы ти повых схем совпадений?

10.Чем отличаются параметры выходных сигналов быстрых схем совпадений от обычных схем совпадений?

11.Какие факторы обусловили появление логических процессо ров и что такое логический процессор?

Р А З Д Е Л III

ЭЛЕКТРОННЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В начале данного раздела представлены методы счета событий. Информация, зарегистрированная таким обра зом, позволяет прежде всего судить об интенсивности ис точников ядерного излучения. Для получения данных о величине измеряемого параметра широко применяются как цифровые, так и аналоговые методы регистрации. Более того, при цифровых методах измерения счетная информация может фиксироваться с учетом живого или мертвого времени. Обсуждается специфика таких изме рений, особенности организации счетных каналов, а так же электронные средства счета событий в системах накоп ления и обработки данных.

Здесь же рассматривается один из наиболее распрост раненных методов исследования параметров ядерных пре вращений — амплитудный анализ. Обсуждаются его ха рактерные особенности, основные параметры, включая электронные средства и технику его реализации. Отме чается своеобразие амплитудного анализа, связанное с используемыми детекторами, а также необходимость гра дуировки энергетической шкалы и стабильности измере ний в целом. Затронута перспектива применения специа лизированных аналоговых процессоров для прецизионно го амплитудного анализа.

Далее раскрывается сущность другого направления исследований, основой которого служит временной ана лиз и его разновидности. Обсуждаются базовые измери

тельные электронные средства, используемые для обеспе чения анализа в микросекундном и наносекундном диа пазонах. Первый из них, т. е. микросекундный диапазон, характерен для исследований главным образом по физи ке ядра низких энергий. В свою очередь, другой из них, т. е. наносекундный диапазон, широко и весьма эффек тивно применяется при времяпролетной спектрометрии быстрых нейтронов. Временной анализ, реализуемый в этом диапазоне, масштабно используется при решении проблем физики высоких энергий. Его широко применя ют в спектрально кинетических исследованиях физико химических процессов, для лазерного зондирования кос мических объектов, а также во многих областях науки и техники.

Г Л А В А 9

МЕТОДЫ И ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Информация в виде числа событий в единицу времени широко используется в изучении различных ядерно фи зических процессов. Результаты, получаемые методом счета событий в пределах заданного времени, достаточно часто являются основным параметром регистрации. Такой вид экспериментальных данных фиксируется при реше нии многих задач независимо от используемых методик измерений. Счетная информация, полученная в радиомет рии, дозиметрии или спектрометрии, обычно доминирует в каждом из этих направлений, связанных с изучением и оценкой параметров ионизирующих излучений.

9.1.

ЗАДАЧИ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ ЧАСТОТЫ ПОСТУПЛЕНИЯ СОБЫТИЙ

Сведения о параметрах излучения в виде средней ча стоты поступления сигналов с детекторных устройств успешно используются как в научных, так и прикладных исследованиях. Решение задач такого плана сводится к определению числа импульсов в единицу времени. Дан ный алгоритм работы наиболее характерен для радиомет рической и дозиметрической аппаратуры. Регистрацию плотности потока частиц, а также интенсивности излуче ния принято считать наиболее массовыми и самыми рас пространенными видами измерений.