Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
АТТОСЕКУНДНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ИМПУЛЬСЫ
В атоме водорода электрон делает один виток по орбите всего за 150 аттосекунд (150 .10–18 с) – это время относится к секунде так же, как секунда к 200 млн. лет. Стремясь к изучению столь кратковременных явлений, физики научились получать лазерные импульсы длительностью в несколько сотен аттосекунд. Далее...

совпадении метод

СОВПАДЕНИИ МЕТОД - эксперим. метод физики элементарных частиц и ядерной физики, основанный на регистрации неск. событий (рождение и распад частиц, пролёт их через детектор и др.), совпадающих во времени или разделённых фиксиров. промежутками времени. Примером может служить регистрация пролёта частицы через неск. детекторов - сцинтилляционных, газоразрядных и др. (рис. 1). Сигналы, поступающие от детекторов Д1, Д2, ..., Дn, предварительно проходят через линии задержки ЛЗ, позволяющие регулировать времена появления сигналов на их выходе. Затем импульсы формируются по амплитуде и длительности в формирователях Ф или только по амплитуде в дискриминаторах ДИ поступают на схему совпадений СС, к-рая срабатывает только от импульсов с длительностью и амплитудой, задаваемыми формирователем или дискриминатором. С выхода СС сигнал фиксируется регистрирующим устройством Р, напр. т. н. пересчётным прибором, к-рый фиксирует количество импульсов за определ. промежуток времени.
8046-148.jpg

Рис. 1. Блок-схема, поясняющая регистрацию пролёта частицы через детекторы Д1, Д2...Дn; ДA - детектор, включённый в схему антисовпадений; ДИ - дискриминатор с инвертированным выходом.

Времена задержек сигналов в ЛЗ подбираются так, чтобы сигналы с детекторов для регистрируемого события появлялись на входе СС одновременно. ЛЗ позволяет скомпенсировать разницу времён пролёта частицы через детекторы и разницу времён прохождения сигналов по кабелям и формирователям от детектора до СС.

С. м. сводится к регистрации сигналов от детекторов, совпадающих во времени на входе СС. Совпадающими наз. сигналы, полностью или частично перекрывающиеся во времени. Временной отбор сигналов осуществляется СС, к-рая реализует логич. функцию «и» (логич. умножение, см. Логические схемы), т. е. на её выходе сигнал появляется лишь тогда, когда на все входы одновременно приходят импульсы определ. полярности.

Если на один или несколько из входов СС подать сигнал с инвертиров. полярностью, то СС превращается в схему антисовпадений. На выходе СС сигнал может появиться только в тот промежуток времени, когда на этих входах нет сигнала с соответствующих детекторов. На рис. 1 показан детектор ДА, включённый в схему антисовпадений и выделяющий узкий пучок частиц (напр., сцинтилляц. детектор с отверстием по оси пучка). Сигнал от ДА, сформированный по амплитуде и инвертированный в дискриминаторе, подаётся на СС, к-рая выделяет частицы, пролетевшие через все детекторы, но не пролетевшие через ДА.

Схема совпадения СС характеризуется числом каналов и связанных с ними детекторов (кратность). Степень разброса времён прихода сигналов, при к-ром срабатывает СС, определяется её разрешающим временем8046-150.jpg. Если измерить зависимость скорости счёта N на выходе СС от величины задержки т в одном из каналов совпадения, то получится кривая совпадения (рис. 2, а). Разрешающим временем8046-151.jpg в данном канале наз. ширина на половине высоты максимума кривой совпадения. Если изменять задержку в канале антисовпадения, то получим кривую антисовпадения (рис. 2,б), к-рая определяет антисовпадений.
8046-149.jpg

Рис. 2. Зависимость скорости счёта N на выходе схемы совпадении от задержки: a - в канале совпадения (кривая совпадения); б - в канале антисовпадения (кривая антисовпадения).

В зависимости от8046-152.jpg типа детекторов и эксперимента существуют медленные СС8046-153.jpg, быстродействующие8046-154.jpg и сверхбыстродействующие8046-155.jpg

Важной характеристикой СС является т. н. коэф. отбора8046-156.jpg , где Ап - амплитуда выходного сигнала СС при совпадении в п каналах (антисовпадения исключаются), Ап-1 - при совпадении в (п - 1) каналах. Коэф. К должен быть велик, иначе Ап будет мало отличаться от Аn-1 и совпадения трудно будет отделить от их отсутствия. Чувствительностью СС наз. мин. амплитуда сигнала на её входе, вызывающая сигнал на выходе. Иногда формирующие устройства на входе выполняются вместе с СС в одном блоке.

Истинные совпадения, связанные с исследуемым явлением (неск. детекторов регистрируют одну и ту же частицу), следует отличать от случайных совпадений (фона), обусловленных шумами детекторов или частицами, случайно прошедшими через детекторы за время tр (разные частицы через разные детекторы). Можно показать, что для двухканальной СС число случайных совпадений в 1с8046-157.jpg , для трёхканальной, где N1, N2, N3и т. д,- ср.

числа импульсов8046-158.jpg в 1 с, регистрируемых отд. детекторами. Для уменьшения Nсл необходимо увеличить число детекторов n, регистрирующих истинные совпадения, или уменьшать8046-159.jpg. Увеличение я из-за конечной эффективности каждого детектора уменьшает вероятность регистрации истинных совпадений, т. е. уменьшает эффективность СС. Уменьшение8046-160.jpg также ограничено свойствами детекторов: интервал времени от пролёта частицы через детектор до появления сигнала на выходе детектора8046-161.jpg (задержка) статистически колеблется. В сцинтилляционных детекторах, напр., это колебание обусловлено их геом. размерами и местом прохождения частицы. Для того чтобы эффективность счёта истинных совпадений не уменьшалась, необходимо условие8046-162.jpg . Конечное время нарастания импульсов на выходе детекторов и их амплитудный разброс также приводят к добавочной флуктуации момента срабатывания СС, затрудняя использование малого при высокой эффективности.

При8046-163.jpg регистрации процессов в пучках частиц высокой интенсивности возникает задача получения т. н. эффективных антисовпадений. Эффективными наз. антисовпадения, к-рые позволяют получить макс. подавления счёта, т. е. наименьшую относит. скорость счёта Nмин в минимуме кривой антисовиадений (рис. 2, б)при макс. скорости счёта Nмакс за пределами8046-164.jpg. Уровень подавления определяется т. н. физ. и схемной неэффективностью антисовпадений. Физ. неэффективность обусловлена случайными совпадениями сигналов детекторов в каналах совпадений, конечной эффективностью регистрации частиц детектором антисовпадений и т. д. Схемная неэффективность определяется прохождением сигналов на выход схемы антисовпадений, хотя сигналы от детекторов антисовпадений превышают порог срабатывания формирующих устройств в каналах антисовпадений и появляются во временном интервале8046-165.jpg кривой антисовпаденнй. Одна из причин схемной неэффективности - т. н. мёртвое время формирующих устройств. На рис. 1 в канале антисовпадений формирование сигнала осуществляется дискриминатором ДИ, имеющим меньшее мёртвое время, чем формирователь Ф. Осн. требование к каналу антисовпадений: мёртвое время устройства, формирующего сигналы, не должно превышать их длительности или должно отсутствовать. Для достижения эффективности антисовпадений необходимо превышение длительности сформиров. сигнала в канале антисовпадений над его мёртвым временем на величину, минимальную и достаточную для перекрытий длительности и разброса времени появления сигналов совпадений на входе СС, необходимо также минимизировать длительность и разброс времени появления сигналов со всех детекторов.

Помимо ядерной физики и физики элементарных частиц С. м. применяется как метод измерений, основанный на сопоставлении ряда чередующихся сигналов, соответствующих значениям измеряемой величины, с рядом сигналов, относящихся к известной величине. Определение измеряемой величины производится по совпадению сигналов. К С. м. можно отнести, в частности, стробоскопич. метод измерения частоты механич. и эл--магн. колебаний.

Лит.: Гольданский В. И., Куценко А. В., Подгорецкий М. И., Статистика отсчетов при регистрации ядерных частиц, М., 1959; Схемная эффективность антисовпадений при регистрации частиц высокой энергии, Серпухов, 1969; Ковальский Е., Ядерная электроника, пер. с англ., М., 1972; Эффективные антисовпадения при больших загрузках детекторов, Серпухов, 1979; Р е х и н Е. И., Чернов П. С., Басиладзе С. Г., Метод совпадений, М., 1979. С. В. Головкин.

  Предметный указатель