RU2530436C1 - Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок - Google Patents
Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530436C1 RU2530436C1 RU2013121864/28A RU2013121864A RU2530436C1 RU 2530436 C1 RU2530436 C1 RU 2530436C1 RU 2013121864/28 A RU2013121864/28 A RU 2013121864/28A RU 2013121864 A RU2013121864 A RU 2013121864A RU 2530436 C1 RU2530436 C1 RU 2530436C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drift
- anode
- time
- tubes
- coordinate
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано в установках физики элементарных частиц и в исследованиях, проводимых ядерно-физическими методами в потоках заряженных частиц или рентгеновского излучения. Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок включает измерение координат заряженных частиц, отличающийся тем, что вначале регистрируют время появления сигналов t1 и t2 с двух концов дрейфовых трубок длиной L по их переднему фронту, и величину промежутка времени Δt=t1-t2 используют для определения продольной координаты точки образования лавины в них из выражения ΔL=±V×Δt/2, где V - скорость распространения волны по аноду, a ΔL - расстояние точки образования лавины от центра анода, и одновременно определяют радиальные координаты частицы в двух коррелированных по ее прохождению дрейфовых трубках измерением временных промежутков между сигналами с них по калибровочной зависимости время дрейфа - координата. Технический результат - одновременное определение радиальной и продольной координаты заряженной частицы. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано в установках физики элементарных частиц и в исследованиях, проводимых ядерно-физическими методами в потоках заряженных частиц или рентгеновского излучения, например, для радиографического исследования структуры объектов.
Детекторы на основе дрейфовых трубок широко применяются в экспериментальных установках на ускорителях для прецизионного измерения радиальных координат пересекающих их заряженных частиц.
Однако для измерения импульса двигающихся в магнитном поле заряженных частиц, помимо прецизионного знания их пространственных координат в направлении отклонения их полем (радиальных координат), необходимо знание второй координаты частиц, определяющей угол наклона треков, которое может выполняться с меньшей точностью. Очевидно, что использование двух координатных детекторов упрощает процедуру отбора событий для реконструкции треков и важность этого существенно возрастает с увеличением множественности проходящих через установку частиц. В газонаполненных дрейфовых камерах высокоточная координата в ортогональном к анодам направлении определяется измерением времени дрейфа электронов ионизации от пересекающих камеры заряженных частиц по калибровочной зависимости время-координата.
Примером использования координатных детекторов на основе дрейфовых трубок может являться установка ATLAS LHC, содержащая в своем составе металлические дрейфовые трубки диаметром 3 см и тонкостенные дрейфовые трубки диаметром 4 мм [1]. Координатные детекторы на основе тонкостенных дрейфовых трубок работают в спектрометре установки COMPASS [2] и других, создаются детекторы для новых экспериментальных установок.
Дрейфовые трубки содержат проволочные аноды диаметром обычно 20-50 мкм, установленные по центру трубок, а катодом служат или металлические трубки, или внутреннее проводящее покрытие пленочных стенок трубок. Детекторы используются для определения радиальной координаты ближайшей к аноду точки пересечения трубки заряженной частицей измерением времени дрейфа электронов ионизации от этой точки до проволочного анода трубки. Радиальная координата определяется величиной промежутка времени между моментом прохождения частицы и моментом ее регистрации по сигналу с усилителя. При этом необходимо точное знание момента прохождения частицы через установку, что требует использования дополнительных детекторов.
Известны способы измерения дрейфовыми трубками продольной координаты точки образования лавины методом деления зарядов [3, 4] или методом прямого временного измерения [5] при считывании сигналов с двух концов анода.
В первом случае необходимо использование в качестве анодов высоко резистивной проволоки, что приводит к низкой величине отношения сигнал/шум и, следовательно, к невысокому продольному разрешению. При регистрации частиц с минимальными ионизационными потерями способ обеспечивает низкое продольное разрешение (σ не лучше 6 см для трубок длиной 1.5 метра), быстро ухудшающееся с увеличением длины трубок, что ограничивает практическое его применение. Способ требует использование регистрирующей электроники с низким быстродействием и не позволяет определять радиальную координату. Во втором способе продольная координатная информация определяется измерением временных промежутков между сигналами с двух концов анода, и пространственное разрешение (σ) может быть около 2 см для трубок длиной 2 метра [6]. Используется быстрая регистрирующая электроника, аналогичная применяемой для определении радиальных координат.
Наиболее близким к предлагаемому способу является широко распространенный способ определения радиальных координат измерением времени дрейфа электронов ионизации, принятый за прототип [7]. Детекторы содержат два слоя трубок диаметром 9.53 в центральных областях слоев и 6.0 мм в периферийных со сдвигом слоев между собой на величину радиуса трубок, т.е. на величину их дрейфового промежутка. Сдвиг между трубками слоев центральной области составляет 4.76 мм и периферийной области - 3.0 мм. Это устраняет лево-правую неопределенность в нахождении позиции точки траектории проходящей частицы относительно анода в коррелированных по пересечению частицей трубках. Для определения радиальных координат измерением времени дрейфа электронов ионизации к одному концу анода каждой трубки подключены быстрые токовые усилители, регистрирующие заряды от подошедших к аноду электронов ионизации, вызвавших образование электронной лавины. Далее измеряется временной промежуток между сигналами "старт" от внешнего детектора, задающего время пролета частицы, и "стоп" от подключенных к анодам к одному их концу усилителей, определяющих момент возникновения электронной лавины на аноде. Основными недостатками являются отсутствие возможности считывания двух координат одновременно, необходимость получения информации о времени пролета регистрируемой частицы с высокой точностью, а также ошибка в определении времени прихода сигналов от регистрируемой лавины из-за задержки прохождения волны по аноду. Задержка при прохождении сигнала одного метра длины анода составляет 3.49 нс, что соответствует дополнительной ошибке в измерении временных промежутков, равной 175 мкм на один метр длины. Отсутствие знания второй координаты существенно усложняется отбор событий при реконструкции треков частиц особенно при высокой множественности регистрируемых частиц.
Решение задачи одновременного определения радиальной и продольной координаты заряженной частицы осуществляется способом, включающим измерение координат, при котором вначале регистрируют время появления сигналов t1 и t2 с двух концов дрейфовых трубок длиной L по их переднему фронту, и величину промежутка времени Δt=t1-t2 используют для определения продольной координаты точки образования лавины в них из выражения ΔL=±V·Δt/2, где V - скорость распространения волны по аноду, a ΔL - расстояние точки образования лавины от центра анода, и одновременно определяют радиальные координаты частицы в двух коррелированных по ее прохождению дрейфовых трубках измерением временных промежутков между сигналами с них по калибровочной зависимости время дрейфа - координата.
Знание продольной координаты с точностью в несколько сантиметров позволяет уточнять значение величины t1 или t2 за счет вычета времени прохождения волны по соответствующей длине анода и определять точное значение τ времени подхода электронов ионизации к аноду независимо от его длины.
Каждая проходящая регистрируемая частица пересекает справа (или слева) дрейфовую трубку на расстоянии r1 от его анода в одном слое детектора и слева (или справа) соответствующую трубку на расстоянии r2 от анода в другом слое, причем r1+r2=R, где R - радиус трубок. Суммарное время дрейфа ближайших электронов ионизации к анодам этих коррелированных трубок является постоянной величиной τR, определяемой величиной радиуса трубок, а также газовой смесью и величиной анодного напряжения. Все эти величины для работающего детектора являются фиксированными. Разность времен τ1 и τ2 соответствующих трубок одного и второго слоев известна как величина Δτ. Из выражения τ1+(Δτ+τ1)=τR следует, что величина τ1=(τR-Δτ)/2. Знание величин τ1 и τ2 позволяет определять радиальные координаты обычным образом по калибровочной зависимости время-координата. Регистрация сигналов с двух концов коррелированных трубок детектора позволяет устранять лево-правую неопределенность и определять нулевой момент времени при измерении времени дрейфа электронов ионизации, при этом используется быстрая электроника регистрации. Равенство значений временных промежутков Δt с коррелированных трубок является показателем принадлежности этих сигналов одной регистрируемой частице.
Более подробно решение задачи иллюстрируется рисунками 1 и 2. Пересекающая дрейфовую трубку 1 длиной L первого слоя детектора (рисунок 1), заряженная частица 2 отстоит от середины анода 3 трубки на расстояние 4, равное величине ΔL. Приходящие к установленным на концах трубки усилителям 5 и 6 импульсы проходят по аноду путь L/2-ΔL и L/2+ΔL, соответственно. Разность пройденного пути величиной 2ΔL определяется измерением разности времени прихода этих сигналов Δt, а знак определяет направление смещения измеряемой координаты лавины вдоль анода от его центра. Эта же частица пересекает трубку 9 второго слоя детектора. Подобные измерения могут проводится и по информации с усилителей 7 и 8, что повышает точность определения продольной координаты трека частицы.
Приведенные на рисунке 2 дрейфовые трубки 2 и 5 следует рассматривать как трубки 1 и 9 рисунка 1, соответственно.
Проходящая регистрируемая частица 1 (рисунок 2) пересекает справа дрейфовую трубку 2 на расстоянии r1 (3) от ее анода (4) в одном слое детектора и слева трубку 5 на расстоянии r2 (6) от ее анода в другом слое, причем r1+r2=R, где R - радиус трубок. Эти сигналы проходят равное расстояние по анодам их дрейфовых трубок, но задержаны на различное время, определяемое величинами r1 и r2. Измеряемая разность времен между сигналами с усилителей 6 и 8 рисунка 1, полученными с соответствующих трубок 2 и 5 слоев рисунка 2, известна как величина Δτ=t8-t6. Из выражения t6+(Δτ+t6)=τR следует, что величина t6=(τR-Δτ)/2. Знание величин t6 и t8 позволяет определять радиальные координаты обычным образом по калибровочной зависимости время-координата.
[1]. G. Aad et al., JINST, 3:S08003, 2008.
[2] P. Abbon et al., Nucl. Instr. and Meth.in Phys. Res., A577 (2007). P.455-518.
[3]. С.Bino et al., Nucl. Istr. & Meth. A 271, 1988, 417.
[4]. A. Sokolov et al., Nucl. Istr. & Meth. A 574, 2007, 50.
[5]. R.A. Boie et al., IEEE Trans. Nucl, Sci. NS-28 (1988)471.
[6]. А.М. Makankin, V.V. Myalkovskiy, V.D. Peshekhonov et al., arXiv: 1301.6018v1 [physics.ins-det]
[7]. V.N. Bychkov et al., Nucl. bistr. and Meth. in Phys. Res. V.556, (2006), 66-79.
Claims (1)
- Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок, включающий измерение координат заряженных частиц, отличающийся тем, что вначале регистрируют время появления сигналов t1 и t2 с двух концов дрейфовых трубок длиной L по их переднему фронту, и величину промежутка времени Δt=t1-t2 используют для определения продольной координаты точки образования лавины в них из выражения ΔL=±V×Δt/2, где V - скорость распространения волны по аноду, a ΔL - расстояние точки образования лавины от центра анода и одновременно определяют радиальные координаты частицы в двух коррелированных по ее прохождению дрейфовых трубках измерением временных промежутков между сигналами с них по калибровочной зависимости время дрейфа - координата.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121864/28A RU2530436C1 (ru) | 2013-05-13 | 2013-05-13 | Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121864/28A RU2530436C1 (ru) | 2013-05-13 | 2013-05-13 | Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2530436C1 true RU2530436C1 (ru) | 2014-10-10 |
Family
ID=53381652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013121864/28A RU2530436C1 (ru) | 2013-05-13 | 2013-05-13 | Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530436C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU961461A1 (ru) * | 1980-05-13 | 1985-08-07 | Ленинградский Институт Ядерной Физики Им.Б.П.Константинова | Способ регистрации низкоэнергетичных ионизирующих частиц |
US20040169137A1 (en) * | 2002-11-27 | 2004-09-02 | Westphall Michael S. | Inductive detection for mass spectrometry |
RU2266587C1 (ru) * | 2004-07-23 | 2005-12-20 | Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете министерства образования Российской Федерации" | Способ измерения спектра ионов и времяпролетный спектрометр ионов |
RU2414725C1 (ru) * | 2009-07-01 | 2011-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Институт физики высоких энергий" (ГНЦ ИФВЭ) | Способ регистрации медленных и быстрых нейтронов в условиях интенсивной внешней радиации |
US8294088B2 (en) * | 2007-11-30 | 2012-10-23 | Micromass Uk Limited | Gas electron multiplier detector |
-
2013
- 2013-05-13 RU RU2013121864/28A patent/RU2530436C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU961461A1 (ru) * | 1980-05-13 | 1985-08-07 | Ленинградский Институт Ядерной Физики Им.Б.П.Константинова | Способ регистрации низкоэнергетичных ионизирующих частиц |
US20040169137A1 (en) * | 2002-11-27 | 2004-09-02 | Westphall Michael S. | Inductive detection for mass spectrometry |
RU2266587C1 (ru) * | 2004-07-23 | 2005-12-20 | Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете министерства образования Российской Федерации" | Способ измерения спектра ионов и времяпролетный спектрометр ионов |
US8294088B2 (en) * | 2007-11-30 | 2012-10-23 | Micromass Uk Limited | Gas electron multiplier detector |
RU2414725C1 (ru) * | 2009-07-01 | 2011-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Институт физики высоких энергий" (ГНЦ ИФВЭ) | Способ регистрации медленных и быстрых нейтронов в условиях интенсивной внешней радиации |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Breskin et al. | High-accuracy, bidimensional read-out of proportional chambers with short resolution times | |
Deiters et al. | The Construction and performance of a large cylindrical wire chamber with cathode readout | |
Drumm et al. | Experience with the jet-chamber of the JADE detector at PETRA | |
Charpak et al. | High-accuracy, two-dimensional read-out in multiwire proportional chambers | |
Kodama et al. | Hybrid emulsion spectrometer for the detection of hadronically produced heavy flavor states | |
EP3266036B1 (en) | System and method for characterizing ions using a superconducting transmission line detector | |
RU2530436C1 (ru) | Способ регистрации частиц детекторами на основе дрейфовых трубок | |
Ghosh et al. | Time of flight (TOF) spectrometer for accurate measurement of mass and angular distribution of fission fragments in heavy ion induced fission reactions | |
Borisov et al. | Reconstructing the particle direction in an extended aperture of the PAMELA apparatus using the coordinate-sensitive calorimeter | |
Clark et al. | Test results from a precision drift chamber vertex detector prototype using dimethylether | |
US6100533A (en) | Three-axis asymmetric radiation detector system | |
Tassielli et al. | Improving spatial resolution and particle identification | |
WO1998043114A1 (en) | Asymmetric radiation detector system | |
Bittner et al. | Tracking and Level-1 triggering in the forward region of the ATLAS Muon Spectrometer at sLHC | |
Fischer et al. | Avalanche localization and its effects in proportional counters | |
Charpak | Particle localization with very high accuracy | |
Mariazzi et al. | Development of a position-sensitive detector for positronium inertial sensing measurements | |
Schwalm et al. | Particle-Particle Angular-Correlation Measurements Making Use of a Position-Sensitive Detector | |
Marx | Gas-Filled Radiation Detectors in | |
Kuchinskiy et al. | Using the cathode surface of straw tube for measuring the track coordinates along the wire | |
Layter | Results from pep-4 tpc | |
Walenta | State of the art of drift chambers | |
Makhankin et al. | Direct Timing Method for Longitudinal Coordinate Determination in Straws | |
Ether et al. | tested consisted of a full-length (97 cm) model of one azimuthal sector of | |
Baranov et al. | A Tracker Prototype Based on Cathode Straw Tubes |