СПОСОБ КАЛИБРОВКИ МЮОННЫХ ГОДОСКОПОВ
METHOD OF CALIBRATING MUON HODOSCOPES

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Способ калибровки мюонных годоскопов, в частности, может быть реализован следующим образом.
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.
2
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 χ.
Таким образом, предложенный способ позволяет с помощью достаточно простой схемы производить эффективную калибровку мюонных годоскопов.