Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР НЕКОТОРЫХ РАБОТ ПО ИОНИЗАЦИОННЫМ КАЛОРИМЕТРАМ. СРАВНЕНИЕ РЕГИСТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ БОЛЬШИХ КАЛОРИМЕТРОВ 9
ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 44
ГЛАВА 3. ЭЛЖТРОННАЯ АППАРАТУРА КАЛОРИМЕТРА АДРОН-44.. 95
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАБОТЫ ЭЛЕКТРОНИКИ КАЛОРИМЕТРА И ПЕРВЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.. .122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . 145
ЛИТЕРАТУРА 148
ПРИЛОЖЕНИЕ 160
- ОБЗОР НЕКОТОРЫХ РАБОТ ПО ИОНИЗАЦИОННЫМ КАЛОРИМЕТРАМ. СРАВНЕНИЕ РЕГИСТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ БОЛЬШИХ КАЛОРИМЕТРОВ
- ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
- ЭЛЖТРОННАЯ АППАРАТУРА КАЛОРИМЕТРА АДРОН-44..
- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАБОТЫ ЭЛЕКТРОНИКИ КАЛОРИМЕТРА И ПЕРВЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ..
Обзор некоторых работ по ионизационным калориметрам. Сравнение регистрирующих систем и определение направлений развития автоматизированных систем реального времени больших калориметров
В различных задачах по детальному исследованию взаимодействий частиц высокой энергии с ядрами вещества, изучению зависимости процессов от энергии и природы "первичных" частиц, исследованию энергетических спектров в составе широких атмосферных ливней (ШАЛ) и др., требуется знание энергии первичной частицы космического излучения. В то же время, различные кинематические методы определения энергии частицы в большом числе случаев зачастую дают лишь ее оценку.
В 1957 г. Н.Л.Григоровым, В.С.Мурзиным, И.Д.Рапопортом (НИИНФ МГУ) был предложен метод "ионизационного калориметра", позволивший решить эту проблему /I/. Начиная с этого времени, ионизационный калориметр стал обязательной частью большинства экспериментальных установок в физике космических лучей. По теории ионизационного калориметра имеется большое число работ, поэтому кратко остановимся лишь на основных, принципах работы этого прибора.
Ионизационный калориметр представляет собой спектрометр полного поглощения для ядерно-активных частиц, электронов и фотонов высокой энергии и измеряет суммарную ионизацию, создаваемую первичной частицей и частицами, образовавшимися в поглотителе за счет развития ядерных и электромагнитных каскадов. При этом основная доля энергии передается нуклонам, заряженным и нейтральным мезонам и продуктам расщепления атомных ядер.
Электронно-фотонные ливни, образованные нейтральными пионами, быстро развиваются в плотном веществе поглотителя. Заря женные пионы и нуклоны взаимодействуют с ядрами атомов вещества. При этом значительная доля их энергии передается также электрон но-фотонной компоненте и ядерным расщеплениям. В конце развития ,ядерно-каскадного процесса почти вся энергия первичной частицы расходуется на ионизацию атомов вещества поглотителя. Если известно мгновенное распределение ионизации в каждой точке X поглотителя, то энергия Но первичной частицы может быть найдена из соотношения .
Технические средства автоматизированной системы реального времени
Новая экспериментальная установка на Высокогорной станции космических лучей (BCKJI) ИФВЭ АН КазССР (высота 3340 м над уровнем моря) состоит из ионизационного калориметра площадью 44 м , мишени, рентгено-эмульсионных камер (РЭК) /100/ и предназначена для получения следующих данных при энергии первичных частиц больше Ю эВ /48/: энергии первичной частицы и суммарной энергии всех нейтральных мезонов, генерированных во взаимодействии и, следовательно, парциального коэффициента неупругости ; множественности гамма-квантов с энергией выше пороговой и энергии отдельных гамма-квантов ; координат точки входа первичной частицы в мишень, зенитных и азимутальных углов для первичной частицы и надпороговых гамма-квантов, высоты взаимодействия над установкой для части событий, в которых наблюдалось не менее двух гамма-квантов в РЭК; энергии сопровождающих частиц из атмосферы, если каскад в калориметре не одиночный ; углов вылета гамма-квантов относительно их энерговзвешанного центра.
Кроме того, установка позволяет исследовать развитие электронно-ядерного каскада с глубиной вещества (форму каскадов флуктуации, пробег для поглощения), детально исследовать одновременное групповое падение частиц на установку и др. Вся полученная информация дает возможность с достаточной полнотой исследовать акт взаимодействия космических частиц с веществом. Схема установки приведена на рис.1.
Ввиду того, что Высокогорная станция космических лучей ИФВЭ АН КазССР (ВСЮ!) и Тянь-Шанская Научная станция ФИАН СССР (ТШВНС) территориально расположена на одной площадке, имеется возможность в дальнейшем объединить установки обоих станций в единый комплекс по изучению взаимодействий частиц и ШАЛ при сверхвысоких энергиях. Это обстоятельство принималось во внимание при проектировании электроники калориметра на BCKJI, для чего логика отбора событий строилась с учетом возможности приема внешних мастерных сигналов от ливневых датчиков и детекторов установки ТШВНС.
Элжтронная аппаратура калориметра адрон-44
Ионизационный калориметр Адрон-44 работает на линии с ЭВМ. Это позволило максимально автоматизировать процесс сбора и анализа экспериментальных данных, применить эффективные методы отбора данных, автоматическую цифровую коррекцию характеристик измерительных каналов, техническую диагностику аппаратуры. Кроме того, это дало возможность радикально решить проблему временной селекции в РЭК, поскольку локализация и оценка по энергии интересующего события осуществляются в данном случае оперативно во времени.
В аппаратные средства системы сбора и обработки данных входят аналоговая и цифровая подсистемы, а также управляющая мини-ЭВМ "Электроника-100" с набором периферийного оборудования. Программные средства включают программы выведения данных из промежуточной памяти, вычисления энергии лавины и координат точек входа ее в РЭК, коррекции ошибок и исключения "нулевых" (неисправных) каналов, программы распечатки гистограмм распределенияи ионизации в камерах, вывода данных на дисплей и вывода промежуточных результатов на перфоленту, тестовые программы технической диагностики.
В аналоговой части системы осуществляются сбор и обработка сигналов с камер - преобразование тока в напряжение, интегрирование, усиление, сжатие динамического диапазона сигналов, преобразование амплитуда-время, отбор событий по ионизации, суммирование сигналов с камер.
В цифровой части производится кодирование временных интервалов, поступающих от измерительных каналов, предварительное запоминание и передача цифровых данных в ОЗУ ЭВМ, обработка и представление данных.
Как отмечалось выше, в описываемой установке в отличие от известных, быстрое предварительное запоминание данных осуществляется не в аналоговой, а в цифровой памяти. Это позволило избежать трудностей аналогового запоминания сигналов в системе, имеющей сотни каналов регистрации и снять принципиальные ограничения на их увеличение /85/.
Электронные модули калориметра разработаны с учетом требований стандарта КАМАК и возможностей технологии интегральных схем, что позволяет сравнительно легко увеличивать число каналов в системе.
Экспериментальная проверка работы электроники калориметра и первые физические результаты
. Первая четверть ионизационного калориметра /168 каналов/ работает совместно с рентген-эмульсионными камерами с января 1983 г., регистрируя взаимодействия космических частиц с ядрами углерода при энергиях выше 3 ТэВ. Наблюдения же за основными узлами электроники ведутся гораздо более длительное время, с 1981 года.
В середине 1981 г. было осуществлено первое пробное включение в работу 72 каналов без их калибровки. В это время тщательную проверку их работы можно было сделать, лишь накапливая данные за достаточно длительное время.
На рис.31 показано число срабатываний каналов 1-го ряда калориметра (34 шт.) за 3 месяца (август-октябрь 1981 г.). Видно, что 2 канала (9-й и 20-й) работали неправильно: один недомерял количество частиц, падающих на установку, второй срабатывал чаще других каналов, причем выбросы лежат за пределами статистической ошибки. Уже после первой проверки стало ясно, что, во-первых, большинство каналов работало в пределах статистических ошибок равномерно, и, во-вторых, необходимо было иметь систему диагностики каналов.
В дальнейшем на пробную эксплуатацию были включены все 168 каналов, и за их работой тщательно наблюдали около 16 месяцев. На рис. 32 показана стабильность работы произвольно выбранных 4-х каналов из разных рядов калориметра, причем единственным условием выбора каналов было то, что ни один из них за период наблюдения не ремонтировался и не подстраивался.
