RU2461903C1

RU2461903C1 - Method of calibrating muon hodoscopes

Info

Publication number: RU2461903C1
Application number: RU2011113172/07A
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Ампилогов (RU); Николай Владимирович Ампилогов; Иван Иванович Астапов (RU); Иван Иванович Астапов; Константин Георгиевич Компаниец (RU); Константин Георгиевич Компаниец; Анатолий Афанасьевич Петрухин (RU); Анатолий Афанасьевич Петрухин; Виктор Викторович Шутенко (RU); Виктор Викторович Шутенко; Игорь Иванович Яшин (RU); Игорь Иванович Яшин
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-09-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: external independent detection of muon tracks is carried out from all directions of the celestial hemisphere passing through the hodoscope which is placed between two flat coordinate detectors lying parallel to each other in the horizontal plane. Both coordinate detectors are connected to a controller through a coincidence circuit. Outputs from all detecting layers of the hodoscope are connected to the same controller. When a signal from the coincidence circuit reaches the controller, the controller reads coordinates of the passing muon from all layers of the hodoscope. The controller transmits to a computer information on the track of the muon passing through coordinate detectors and the corresponding information from the hodoscope. As a result, efficiency of operation of separate channels of the hodoscope is evaluated. Simultaneously, spacial-angular distribution of the stream of muons passing through the coordinate planes is constructed and then compared with distributions obtained from the muon hodoscope.

EFFECT: possibility of simultaneous calibration of a large number of channels, not for one layer, but for the entire hodoscope.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области использования космических лучей и может быть применимо для мюонной калибровки координатно-трековых детекторов годоскопического типа большой площади (мюонных годоскопов), расположенных на поверхности Земли.The invention relates to the field of use of cosmic rays and can be applicable for muon calibration of coordinate-track detectors of a hodoscopic type of a large area (muon hodoscopes) located on the Earth's surface.

Мюонные годоскопы являются широкоапертурными координатно-трековыми детекторами, представляющими собой информационно-измерительную систему с большим количеством измерительных каналов, которые должны обеспечивать стабильную и эффективную регистрацию треков заряженных релятивистских частиц - мюонов. Годоскопы нашли широкое применение в физике элементарных частиц, а именно для мюонной диагностики процессов в околоземном пространстве и атмосфере Земли. Поэтому важно иметь возможность регулярно осуществлять контроль эффективности работы каждого регистрирующего канала непосредственно в процессе эксперимента. Процесс калибровки мюонного годоскопа является необходимым этапом проведения длительных измерений пространственно-угловых распределений потока мюонов.Muon hodoscopes are wide-aperture coordinate-track detectors, which are an information-measuring system with a large number of measuring channels, which should provide stable and efficient registration of tracks of charged relativistic particles - muons. Hodoscopes are widely used in elementary particle physics, namely for muon diagnostics of processes in near-Earth space and the Earth’s atmosphere. Therefore, it is important to be able to regularly monitor the performance of each recording channel directly during the experiment. The calibration process of the muon hodoscope is a necessary step in conducting lengthy measurements of the spatial-angular distributions of the muon flux.

Известен способ калибровки сцинтилляционного тракта (Патент RU 2367978, 21.01.2008), который заключается в использовании последовательных эталонных световых импульсов, один из которых подводится на вход оптического детектора сцинтилляционного тракта, а второй смещен относительно первого по времени, поступает на сцинтиллятор. Однако это способ калибровки предназначен для детекторов гамма-квантов и сцинтилляторов соответствующего типа и не применим для калибровки мюонного годоскопа в целом.A known method for calibrating the scintillation path (Patent RU 2367978, 01/21/2008), which consists in the use of sequential reference light pulses, one of which is fed to the input of the optical detector of the scintillation path, and the second is shifted relative to the first in time, enters the scintillator. However, this calibration method is intended for gamma-ray detectors and scintillators of the corresponding type and is not applicable for calibration of the muon hodoscope as a whole.

Известен способ калибровки сцинтилляционных детекторов с оптоволоконным съемом информации с помощью телескопа, состоящего из двух сцинтилляционных счетчиков (Н.В.Ампилогов и др. Сцинтилляционный детектор с оптоволоконным съемом информации. Известия РАН. Серия физическая, т.73, №5, 2009). Сцинтилляционные счетчики телескопа располагаются параллельно друг другу. Каждый счетчик состоит из пластины сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя. Недостатком этого способа является необходимость калибровки каждого регистрирующего канала отдельно или зоны детектора отдельно и под разными углами, что требует значительных временных затрат. Кроме того, такой процесс разработан для тестирования одного регистрирующего слоя и не гарантирует надежных результатов при калибровке многослойных детекторов годоскопического типа.A known method of calibrating scintillation detectors with fiber-optic information retrieval using a telescope consisting of two scintillation counters (N.V. Ampilogov et al. Scintillation detector with fiber-optic information retrieval. Izvestiya RAS. Physical Series, vol. 73, No. 5, 2009). The scintillation counters of the telescope are parallel to each other. Each counter consists of a scintillator plate and a photomultiplier tube. The disadvantage of this method is the need to calibrate each recording channel separately or the detector zone separately and at different angles, which requires considerable time. In addition, such a process is designed to test a single recording layer and does not guarantee reliable results when calibrating multilayer hodoscopic type detectors.

Технический результат изобретения заключается в возможности одновременной калибровки значительно большего числа каналов, при этом калибровка осуществляется не для одного детектирующего слоя, а сразу для мюонного годоскопа в целом.The technical result of the invention lies in the possibility of simultaneous calibration of a significantly larger number of channels, while calibration is carried out not for one detecting layer, but immediately for the muon hodoscope as a whole.

Указанный технический результат достигается тем, что осуществляется внешняя независимая регистрация треков мюонов со всех направлений небесной полусферы, проходящих через годоскоп, размещенный между двумя плоскими координатными детекторами, расположенными параллельно друг другу в горизонтальной плоскости. Выходы пары координатных детекторов соединяются со входами схемы совпадения, выход которой соединен с контроллером. На этот же контроллер заведены выходы со всех детектирующих слоев годоскопа. Контроллер считывает координаты треков мюонов, прошедших через годоскоп и пару координатных плоскостей. Производится оценка эффективности срабатывания отдельных каналов годоскопа. Одновременно строятся пространственно-угловые распределения потока мюонов, прошедших через координатные плоскости, и сравнивается с распределениями, полученными от мюонного годоскопа. Отношение данных распределений дает калибровочное распределение для годоскопа.The specified technical result is achieved by the fact that external independent registration of muon tracks from all directions of the celestial hemisphere, passing through a hodoscope, located between two flat coordinate detectors located parallel to each other in the horizontal plane, is carried out. The outputs of a pair of coordinate detectors are connected to the inputs of the matching circuit, the output of which is connected to the controller. The outputs from all the detecting layers of the hodoscope are connected to the same controller. The controller reads the coordinates of the muon tracks that have passed through the hodoscope and a pair of coordinate planes. The effectiveness of the operation of individual channels of the hodoscope is evaluated. At the same time, the spatial-angular distributions of the muon flux passing through the coordinate planes are plotted and compared with the distributions obtained from the muon hodoscope. The ratio of these distributions gives the calibration distribution for the hodoscope.

На фиг.1 представлена общая схема калибровки мюонных годоскопов. Мюонный годоскоп 1 размещается между двумя координатными детекторами 2, расположенными параллельно друг другу в горизонтальной плоскости. Выходы со всех слоев мюонного годоскопа соединяются со входами контроллера 3. Выходы обоих координатных детекторов соединяются со входами схемы совпадений 4. Выход схемы совпадений соединен с этим же контроллером. При пролете мюона через координатные детекторы происходит срабатывание схемы совпадения, сигнал от которой передается на контроллер. Когда на контроллер приходит сигнал от схемы совпадения, он считывает координаты прошедшего мюона со всех слоев годоскопа. Контроллер передает на компьютер 5 информацию о треке мюона 6, прошедшего через координатные детекторы и соответствующую информацию с годоскопа. На компьютере производится оценка эффективности срабатывания отдельных каналов годоскопа, а также строятся пространственно-угловые распределения потока мюонов, прошедших через координатные плоскости, и сравниваются с распределениями, полученным от мюонного годоскопа. Отношение данных распределений дает калибровочное распределение для годоскопа.Figure 1 presents the General scheme of calibration of muon hodoscopes. The muon hodoscope 1 is placed between two coordinate detectors 2 located parallel to each other in the horizontal plane. The outputs from all layers of the muon hodoscope are connected to the inputs of the controller 3. The outputs of both coordinate detectors are connected to the inputs of the coincidence circuit 4. The output of the coincidence circuit is connected to the same controller. When a muon passes through coordinate detectors, a coincidence circuit is triggered, the signal from which is transmitted to the controller. When a signal from the coincidence circuit arrives at the controller, it reads the coordinates of the transmitted muon from all layers of the hodoscope. The controller transmits to computer 5 information about the track of muon 6, which passed through coordinate detectors and the corresponding information from the hodoscope. On the computer, the response efficiency of individual channels of the hodoscope is estimated, and the spatial-angular distributions of the muon flux passing through the coordinate planes are also constructed and compared with the distributions obtained from the muon hodoscope. The ratio of these distributions gives the calibration distribution for the hodoscope.

Способ калибровки мюонных годоскопов, в частности, может быть реализован следующим образом.A method for calibrating muon hodoscopes, in particular, can be implemented as follows.

В качестве координатных детекторов 2 (фиг.1) используют двухслойные сборки детектирующих элементов, располагающихся взаимно-перпендикулярно относительно друг друга. Детектирующий элемент (представлен на фиг.2) состоит из полосы пластичного сцинтиллятора 7 с прямоугольным сечением, причем ширина больше высоты. В большей грани полосы вдоль всей длины имеется паз, куда помещается спектросмещающее оптическое волокно 8. Свет от сцинтилляционной вспышки, вызванной прохождением мюона через полосу сцинтиллятора, собирается спектросмещающим оптическим волокном и передается на торцы волокна, где расположен фотоприемник 9. Полоса покрыта светоотражающей оболочкой для увеличение количества собираемого света (фотонов). В качестве покрытия может быть использовано PS+TiO2. В качестве фотоприемников могут использоваться многоканальные фотоэлектронные умножители, на которые сводятся все волокна в координатном детекторе, или кремневые фотоэлектронные умножители, которые располагаются на отдельных волокнах.As the coordinate detectors 2 (Fig. 1), two-layer assemblies of detecting elements located mutually perpendicular to each other are used. The detecting element (shown in FIG. 2) consists of a strip of plastic scintillator 7 with a rectangular cross section, the width being greater than the height. On the larger side of the strip along the entire length there is a groove where the spectroscopic optical fiber is placed 8. The light from the scintillation flash caused by the passage of the muon through the scintillator strip is collected by the spectroscopic optical fiber and transmitted to the ends of the fiber where the photodetector 9 is located. The strip is covered with a reflective sheath to increase the amount of light collected (photons). As a coating, PS + TiO2 can be used. As photodetectors, multichannel photoelectronic multipliers can be used, onto which all the fibers in the coordinate detector are reduced, or silicon photoelectronic multipliers, which are located on separate fibers.

Каждый координатный детектор 2 (фиг.1) состоит из двух слоев таких детектирующих элементов, уложенных в один светоизолированный. Сцинтилляционные полосы взаимно-перпендикулярны в одном детекторе. Между координатными детекторами помещается мюонный годоскоп. Место пролета мюона в пространстве определяется по пересечению сработавших полос сцинтиллятора в детекторах следующим образом. Сигналы с фотоприемников усиливаются и объединяются по логической схеме ИЛИ, после чего поступают на схему совпадений каждого из детекторов, откуда выходят на общую схему совпадений, тем самым определяются координаты пересечения (X1;Y1) верхней плоскости и координаты (X2;Y2) нижней плоскости. С помощью получаемых точек восстанавливается трек пролетевшего мюона. Пространственная точность определения трека мюона определяется поперечными размерами сцинтилляционных полос. По полученным данным производится оценка эффективности срабатывания отдельных каналов годоскопа. При этом формируется пространственно-угловое распределение потока мюонов, которое далее сравнивается с распределением, полученным от тестируемого мюонного годоскопа с получением калибровочных распределений. Анализ калибровочных распределений осуществляется одним из известных способов, например по критерию Пирсона χ².Each coordinate detector 2 (Fig. 1) consists of two layers of such detecting elements stacked in one light-insulated. Scintillation bands are mutually perpendicular in one detector. A muon hodoscope is placed between the coordinate detectors. The place of muon flight in space is determined by the intersection of the triggered scintillator bands in the detectors as follows. The signals from the photodetectors are amplified and combined according to the OR logic circuit, after which they go to the coincidence circuit of each of the detectors, from where they enter the general coincidence circuit, thereby determining the coordinates of the intersection (X1; Y1) of the upper plane and the coordinates (X2; Y2) of the lower plane. Using the obtained points, the track of the flying muon is restored. The spatial accuracy of determining the muon track is determined by the transverse dimensions of the scintillation bands. According to the data obtained, the response efficiency of individual hodoscope channels is evaluated. In this case, the spatial-angular distribution of the muon flux is formed, which is then compared with the distribution obtained from the muon hodoscope under test to obtain calibration distributions. The analysis of calibration distributions is carried out by one of the known methods, for example, according to the Pearson criterion χ ² .

Таким образом, предложенный способ позволяет с помощью достаточно простой схемы производить эффективную калибровку мюонных годоскопов.Thus, the proposed method allows using a fairly simple scheme to produce effective calibration of muon hodoscopes.

Claims

1. A method for calibrating muon hodoscopes, in which two flat coordinate detectors are installed in a horizontal plane parallel to each other, place a muon hodoscope between them, connect the outputs of the coordinate detectors with the detection layers of the hodoscope through a matching circuit with the controller, and read the coordinates of the tracks of the muons passing through the coordinate detectors and hodoscope, evaluate the response of the hodoscope channels, compare the spatial-angular distribution of the muon flux obtained from two coordinate detectors and hodoscope, build their calibration distribution.

2. The method according to claim 1, characterized in that the calibration of muon hodoscopes located on the surface of the Earth.

3. The method according to claim 1, characterized in that the analysis of the calibration distributions is carried out according to the Pearson criterion χ ² .

4. The method according to claim 1, characterized in that two-layer assemblies of detecting elements located mutually perpendicular to each other are used as coordinate detectors.

5. The method according to claim 4, characterized in that the scintillator strips with a rectangular cross section are used as detecting elements, in which light is collected by a spectroscopic optical fiber, at the end of which a photodetector is mounted.

6. The method according to claim 5, characterized in that multichannel photoelectronic multipliers are used as the photodetector.

7. The method according to claim 5, characterized in that the silicon photo-electron multipliers are used as the photodetector.