SU1031316A1 - Устройство дл измерени интенсивности импульсных потоков элементарных частиц - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ ПОТОКОВ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее последовательно соединенные детектор, усилитель-формирователь и логическую схему И, два счетчика импульсов, переключатель и блок управлени , один из входов логической схемы И соединен с бдоком управлени , а выход - с одним из счетчиков импульсов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  производительности процесса измерений путем автоматического исключени  зависимости ошибки от величины потока, в него введены логическа  схема И-НЕ, третий счетчик импульсов, последовательно соединенные лини  задержки, второй усилитель-формирователь и ключева  схема, вычислитель, ключ переноса данных, индикатор, причем входы логической схемы И-НЕ соединены с усилителем-формирователем, блоком управлени  и с выходом ключевой схемы, а ее выход соединен с вторым счетчиком импульсов, один вход третьего счетчика импульсов соединен с выходом ключевой схемы, второй вход - с блоком управлени , а выходы через ключ переноса данных соединены с вычислителем, второй вход которого соединен с переключателем, другие входы вь1числител  соединены с блоком управлени , а выход - с индикатором, кроме того, второй вход логической схемы И соединен с выходом ключевой схемы.. /Vfl

Description

2. Устройство по п. 1, о т л и чающеес  тем, что блок управлени  содержит две цепи формировани , кажда  из которых состоит из погледовательно соединенных логической схе схемы И-НЕ, триггера и логической схе схемы И, а также содержит логические схемы ИЛИ, И, триггер и кнопочный выключатель, причем кажда  цепь формировани  подключена через переключатель к выходу соответствукицего счетчика импульсов, логические схемы ИЛИ и И подключены параллельно к одному из входов логических схем И и И-НЕ устройства, выход логической схемы ИЛИ соединен с входами логических схем И-НЕ, выход логической схемы И соединен с входом триггера, который через, кнопочный выключатель соединен с входом ключевой , входы логических схем И соединены с входом ключа переноса данных , а входы соединены с входами вычислител .

Изобретение относитс  к радиационной технике, в частности к автоматическим устройствам, предназначенным дл  измерени  потоков элементарных частиц от импульсных источников. Такими источниками могут быть, напрИ мер,. импульсные ускорители зар женных частиц, широко примен емые в различных област х науки и техники.

При использовании ускорителей возникает задача измерени  первичного потока частиц, либо потока вторичного обратно рассе нного излучени , возникающего в результате взаимодействи  первичного потока с различными материальными объектами.

При проведении измерений число , частиц, поступающих на детектбр, определ етс  параметрами первичного источника, конструктивными и геометрическими параметрами детектора, а также взаимным расположением детектора и источника.

Если число частиц, поступающих на детектор, мало по сравнению с числом частиц, излучаемых источником за один импульс, оно подчинаетс  распределению Пуассона.

Предлагаемое устройство предназначено дл  измерени  потоков с Пуассоновским распределением числа частиц от одиночного импульса и может быть использовано в экспериментальны и промышленных установках, где примен ютс  импульсные источники излучеНИИ .

Известны и примен ютс  в радиационной технике устройства дл  измерени  интенсивности импульсных потоков . счетчики числа регистрации детекторов , в которых статическа  ошибка измерений (S) числа регистрации детектора задаетс  заранее выбором емкости счетчика (N):

1

8

(1)

причем измерени  прекращаютс  автоматически по заполнении основного счетчика , т.е. при наборе статистики, обеспечивающей величину ошибки не хуже заданной. Ошибка измерени  оцениваетс  в предположении о нормальном р,аспределении числа регистрации в зависимости от времени экспозиции.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  интенсивности импульсных потоков элементарных частиц , содержащее два детектора с усилител ми-формировател ми , логические схемы И, два счетчика импульсов, переключатель и блок управлени , в котором один из входов логической схем И соединен с блоком управлени , а выход - с одним из счетчиков импульсов .

В известном устройстве обеспечиваетс  заданна  погрешность измерений за счет автоматического обеспечени  необходимого объема выборки.

Однако недостатком устройства  вл етс  то, что при изменении скорости счета в процессе заполнени  счетчика (набора импульсов) достоверность полученного результата, т.е веро тность того, что ошибка измерений не превьш1ает заданную, становитс  неопределенной. Дл  получени  результата с известной посто нной дос31 товернрстью требуетс  статическа  об работка полученных результатов, что снижает производительность процесса измерений. Другим недостатком  вл етс  то, что. при измерении не учитываетс  ста тистический характер распределени  числа частиц, попадающий на детектор в интервале предельного временного разрешени  детектора. Цель изобретени  - повышение производительности процесса измерений путем автоматического подключени  зависимости ошибки от величины поток . при заданной достоверности результат измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  интенсивности импульсных потоков эле ментарных частиц, содержащее последо вательно соединенные детектор, усилитель-формирователь и логическую схему И, два счетчика импульсов, переключатель и блок управлени , один из входов логической схемы И соедйнены с блоком управлени , а выход - с одним из счетчиков импульсов, введе ны логическа  схема. И-НЕ, третий счетчик импульсов, последовательно соединенные лини  задержки, второй усилитель-формирователь и ключева  схема, вычислитель, ключ переноса данных, индикатор, причем, входы логи ческой схемы И-НЕ соединены с усилителем-формирователем , блоком управле ни  и с выходом ключевой схеьа, а ее выход соединен с вторым счетчиком импульсов, один вход третьего счетчика , .импульсов соединен с выходом ключевой схемы, второй вход - с блоком управлени , а выходы через ключ переноса данных соединены с вычислителем, второй вход которого соединен с переключателем , другие входы вычислител  роединены с блоком управлени , а вы (ход - с индикатором, кроме того, второй вход логической схемы И соединен с выходом ключевой схемы, 1 Кроме того, блок управлени  содержит две цепи формировани , кажда  .из которых состоит из последовательно соединенньпс логической И-НЕ триггера и логической схемы И, а также содержит логические схемы РШИ, И, триггер и кнопочный выключатель, причем кажда  цепь формировани  подключена через переключатель к выходу соответствующего счетчика импульсов. 164. логические схемы ИЛИ и И подключены параллельно к одному из входов логи7 ческих схем И и И-НЕ устройства, выход логической.схемы ИЛИ соединен с входами логических схем И-НЕ: выход логической схемы И соединен с входом триггера, который через кнопочный выключатель соединен с входом ключевой схемы, входы логических схем И; соединены с входом ключа переноса данных, а выходы соединены с входами вычислител . В предлагаемом устройстве учитывает ,с  статистический характер распределени  числа частиц, попадающих на детектор, производитс  автоматический выбор необходимой зависимости, обеспечивающей минимальную погрешность при заданной достоверности результата измерени  с последующей его идентификацией. При этом, помимо сокращени  времени измерений, исключаетс  трудоемкий этап статистической обработки результатов измерений« На фиг. 1 показано распределение веро тности событий при проведении X испытаний; на фиг. 2 - зависимость ошибки измерений от величины потока дл  N const; на фиг. 3 дана таблица расчетных значений ошибки измерений в зависимости от емкости счетчика; на фиг. 4 - функциональна  схеца . предлагаемого устройства; на фиг. 5 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства. Дл  пуассоновского распределени  веро тность регистрации не менее одной частицы, за импульс первичного сточника:. 1 -е Р 1) где Л -tr-At , - эффективность регистрации детектора; - длительность импульса; :М - среднее число частиц, приход щих на детектор в еда ницу времени. Веро тность отсутстви  регистрации нулевой исход ИСПЫТАНИЯ); Рп СЗадача измерени  потока состоит в змерении величины с последующим ересчетом ее на единицу площади раочей поверхнЬсти детектора.

. Очевидно, что относительна  погрешность измерени 

(5)

Исход  из Пуассоновского закона распределени  (мала  загрузка детектора ) , считаем, что за один импульс детектор регистрирует не более 1 частицы , тогда

(6)

-Л -1п (1 - Y ),

-число зарегистрированных частиц (число событий);

-число импульсов источника (число испытаний), 7( - In где NO - число нулевых исходов ис таний . Число событий, необходимое дл  обеспечени  заданной величины отно сительной погрешности измерени  8 { однозначно определ етс  из следующ рассуждений. Веро тность регистрации в отдел ном испытанрш посто нна и равна Р испытани  прекращаютс , как только число регистрации будет равно N . этом случае число испытаний расп делено по закону Паскал : ( 1-р)% Р,(Х) G ( X -1) ( W-1)) (Х-Ю/ Распределение Паскал  имеет мак мум в точке ХмИчи в общем случае несимметрично (см. фиг. 1). Решение системы уравнений ( РмКХ2)-Рн (X,)D, PN(X.I PNiXi), PN(XI) Г PN (X). ( Численными методами на ЭВМ можн определить границы доверительного тервала (Х|, Jfi ) значений числа ис

таний при,априорно известном диапазоне значений и N . Определ   границы доверительных интервалов значений X , соответствующих различ1а 1м значени  N , уожно дл  каждого случа  расчитать ошибки измерени  8 Л Into формуле

8fl

макс

1 + Результаты вычислений показывают, что при-фиксированном N величина о практически посто нна  в заданном диапазоне значений /( (0,01 - In 2) и не превьшгает своего максимального значени  (при f( 1п2). Отсю да вытекает основной принцип работы устройства: при величине )( 1п 2, что соответствует веро тности регистрации Р , схема должна считать число событий; при / In 2 схема должна считать число событий; при А 2: In 2 схема должнй считать число нулевых событий. В таблице приведены значени  В-Д дл  1п 2 (Р 0,5) при разных значени х N при (Х,,хр 0,99. Предлагаемое устройство (см.фит.А) содержит детектор 1, усилитель-формирова-вель 2, логическую схему И 3, логическую схему И-НЕ 4, счетчики импульсов 5,6, переключатель 7, (секции 7А, 7Б, 7В), вычислитель 8, логическую схему ИЛИ 9, логические схемы И-НЕ 10,11, триггеры 12, 13, логические схемы И 14, 15, 16, пусковой триггер 17, ключ 18 переноса данных, счетчик импульсов 19, кнопочные выключатели 20 и 21 (Сброс и Пуск), линию задержки 22, усилитель-формирователь 23, ключевую схему 24, индикатор 25. Элементы 9-17 образуют блок управлени  26, Устройство работает следующим образом . Перед началом измерений после включени  схемы при помощи кнопки 20 Сброс все три счетчика 5,6,19 привод тс  в исходное нулевое состо ние , при этом ключева  схема И 24, в канале счета импульсов первичного источника (на чертеже не показан) закрыта управл ющим напр жением пускового триггера 17 и, следовательно, закрыты логические схемы И 3 и И-НЕ в канале счета импульсов детектора 1 л Измерени  начинаютс  нажатием кнопки ПУСК 21 (см. фиг. 5, а), пр этом перебрасываетс  триггер 17 (см. фиг. 5, б), открываетс  ключева  24, и импульсы первичного источника начинают поступать на счетчик 19 (см. фиг. 5, в). Импульсы ,на счетчик 19 поступают через линию задержки 22, усилитель-формирователь 23: и ключебую схему 24. Лини  задерж ки вводитс  с целью компенсации времени пролёта частиц при пространстве ном разнесении первичного источника, облучаемого объекта (если это предусматриваетс  при проведении работ) и детектора. Тем самым уменьшаетс  временной сдвиг импульсов на входах „ , логических схем 3,4 и повьппаетс  ус1 - ... ойчивоств работы устройства. Одновременно начинает работать канал счета импульсов детектора. Если детектор регистрирует приход частицы, импульс поступает через логическую схему И 3 на счетчик импульсов 5 .(см. фиг. 5,д если же после излучени  очередного импульса первичного источника частиц на детектор не приходит, импульс с выхода логическрй схемы И-НЕ 4 заноситс  в счетчик импульсов 6 (см.фиг. Таким образом, счетчик импульсов 19 ведёт счет испытаний (X), счетчик и dIyльcoв 5 регистрирует число событий , счетчик импульсов 6 - число нулевых исходов . 3 соответствии с требуемой величиной ошибки, р ссчитанной по формулам (15) и (16) (см.фиг. емкость N счетчиков импульсов 5 и 6 перед началом измерений устанавливаетс  с помощью переключател  7. Одновременно в вычислитель 8 вводитс  щ формаци  о величине N . Если веро т- |юсть нулевого исхода испытаний Р 0,5 первым заполн етс  счетчик и шульсов 6 (соответствует фиг. 5); при этом случае вычислитель 8 (согласно фиг.2) должен произвести вычислени  по формуле (6) и величина ошибки будет находитьс  на участке кривой о, К (,N) ниже 8 При заполнении счетчика импульсов 6 сигнал с выхода переключател  7Б (см. фиг. 5,. а) закрывает логичё.скую схему И-НЕ 4, прекраща  подачу импульсов на вход счетчика , одновременно сигнал заполнени  поступает на входы логических схем ИЛИ 9 и И 16. С выхода логической схемы 9 сигнал поступает на вход логических схем И-НЕ 10 и 11. При этом по вл етс  сигнал на выходе логической схемы 10 (см. фиг. 5, и), который перебрасывает триггер 12 (см. фиг.5,к), после чего по вл етс  сигнал на входе логической схемы И 14., Когда заполн етс  счетчик 5 ( см, фиг. 5,д), сигнал с выхода переключател  7А (см. фиг. 5,ж), закрывает логическую схему ИЗ. Подача импульсов на вход счетчика импульсов 5 прекращаетс . Одновременно сигнал постзшает на второй вход логической схемы И-НЕ 10, при этом триггер 12 остаетс  в прежнем состо нии. Теперь срабатывает логическа  схемаИ 16 ( см. фиг. 5 л). Сигнал с выхода этой ,. 1/ cxebOii 16 перебрасывает пусковой триг- гер 17; при этом закрываетс  ключе1ва  схема 24, тем самым прекрапцаетс  подача импульсов на счетчик импульсов 19 и логические схемы И 3, И-НЕ 4,поспоступает на входы логических схем И 14, 15, открыва  логическую схему . 14; с ее выхода на вычислитель 8 цоступает сйгнап выбора формулы дл  вычислений; управл ет состо нием ключей переноса 18 счетчика импульсов 19; в результате чего зафиксированное число испытаний X. вводитс  в вычислитель 8. Результат вычислений по выбранной формуле {6) индицируетс  с индикатором 25. Использование изобретени  позволит обеспечить оптимальное с точки зрени  ползгчени  заданной ощибки врем  изме-. рений (при этом величина j ошибки не зависит от потока и достоверность результата соответствует расчетной); добитьс  оптимальных затрат энергии первичного источника при проведении измерений; исключить этап статистической обработки результатов измерений; сократить врем  на получение результата путе автоматизации вычисений . fnOKC

Taffjiuua 1

Фиг.з N-const

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ ПОТОКОВ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее последовательно соединенные детектор, усилитель-формирователь и логическую схему И, два счетчика импульсов, переключатель и блок управления, один из входов логической схемы И соединен с блоком управления, а выход - с одним из счетчиков импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности процесса изме рений путем автоматического исключения зависимости ошибки от величины потока, в него введены логическая схема И-НЕ, третий счетчик импульсов, последовательно соединенные линия задержки, второй усилитель-формирователь и ключевая схема, вычислитель, ’ ключ переноса данных, индикатор, причем входы логической схемы И-НЕ соединены с усилителем-формирователем, блоком управления и с выходом ключевой схемы, а ее выход соединен с вто рым счетчиком импульсов, один вход третьего счетчика импульсов соединен с выходом ключевой схемы, второй вход - с блоком управления, а выходы через ключ переноса данных соединены с вычислителем, второй вход которого соединен с переключателем, другие входы вычислителя соединены с блоком управления, а выход - с индикатором, кроме того, второй вход логической схемы И соединен с выходом ключевой схемы.

η» ДОЗ 1316

1031

2. Устройство по п. ^отличающееся тем, что блок управления содержит две цепи формирования, каждая из которых состоит из последовательно соединенных логической схесхемы И-НЕ, триггера и логической схесхемы И, а также содержит логические схемы ИЛИ, И, триггер и кнопочный выключатель, причем каждая цепь формирования подключена через переключатель к выходу соответствующего счетчика импульсов, логические схемы ИЛИ ³¹⁶ и И подключены параллельно к одному из входов логических схем И и И-НЕ устройства, выход логической схемы ^!ИЛИ соединен с входами логических схем И-НЕ, выход логической схемы И соединен с входом триггера, который через, кнопочный выключатель соединен с входом ключевой схемы, входы логических схем И соединены с входом ключа переноса данных , а входы соединены с входами вычислителя.