автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка системы контроля стабильности энергетической шкалы калориметра в поляризационных измерениях

На правах рукописи

МЕДВЕДЕВ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СТАБИЛЬНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ШКАЛЫ КАЛОРИМЕТРАВ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ

ИЗМЕРЕНИЯХ

Специальность: 05.11.16- информационно-измерительные и: управляющие системы (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2004

Работа выполнена в Московской государственн академии приборостроения и информатики.

Научный руководитель: профессор, кандидат технических наук

ЗЕРНИЙ ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, Научный консультант: старший научный сотрудник

кандидат физико-математических наук БИТЮКОВ СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СЛЕПЦОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВ кандидат физико-математических наук КОДОЛОВА ОЛЬГА ЛЕОНИДОВНА Ведущая организация: Институт ядерных исследований Российс якадемии наук. (ИЯИ РАН)

Защита состоится " 22 "июня 2004 на заседании диссертационного совета Д 212.119.01 при Московской государственной академии приборостроения и информатики (МГАПИ) по адресу: 107846, Москва, ул. Стромынка,20. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПИ

Автореферат разослан "21 " мая 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета у Д 212.119.01,доктор технических науу^'^^ф^ФИЛИНОВВ.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы

Диссертация посвящена проектированию и исследованию характеристик мониторной системы для электромагнитных калориметров сцинтилляционного типа и калориметров на основе сцинтиллирующих кристаллов вольфрамата свинца и свинцового стекла. Такие калориметры используются в экспериментах по измерению односпиновой асимметрии на У-70 Протвино Россия, (РАМПЕКС, ПРОЗА), а также будут использоваться в строящихся международных экспериментальных установках (CMS (LHC), ЦЕРН, Швейцария и BTeV, Батавия, США).

Эксперимент длится достаточно долго и состоит из серии коротких по времени измерений. В этом случае необходимо предпринимать меры для учета дрейфа аппаратуры в течение всего эксперимента, а также учитывать кратковременную нестабильность (например, нестабильности во время вывода пучка частиц на поляризованную мишень).

Таким образом, существует задача разработки системы для контроля стабильности энергетической шкалы калориметра и учета параметров, влияющих на точность измерения.

Во время эксперимента калибровка энергетической шкалы осуществляется двумя не исключающими друг друга способами. Калибровка детекторов путем инжекции света в каждую ячейку электромагнитного калориметра. Такая калибровка позволяет компенсировать уход энергетической шкалы калориметра. Второй способ - использование для точной настройки физических событий в эксперименте.

Калибровка детекторов путем инжекции света в каждую ячейку электромагнитного калориметра должна отслеживать быстрые изменения параметров детектора, однако учет кратковременной нестабильности представляет большую трудность в связи с большим количеством измерительных каналов и большим потоком информации. Использование для точной настройки физических событий эксперимента требует некоторое время для набора достаточной статистики, особенно при низкой светимости.

Конечной целью калибровки электромагнитных калориметров является определение для каждой ячейки соответствия канала АЦП (Аналога Цифровой Преобразователь) энергии, выделенной в ячейке детектора. Хотя определение «выделенная энергия» не совсем четкое, т.к. сигнал с детектора зависит от его энергетического разрешения, который, в свою очередь, зависит от типа частиц. Также необходим оперативный контроль работоспособности детекторов и измерительной системы.

В связи с этим разрешение вышеуказанных проблем является актуальным, чему и посвящена диссертационная работа.

Цель работы. Разработка и создание мониторной системы для технической диагностики и прогнозирования работоспособности многоканальных систем прецизионного измерения энергии частиц высокой энергии - электромагнитных сцинтилляционных калориметров.

Задачи работы. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Проектирование и построение мониторной системы.

2. Создание установки для исследования мониторной системы.

3. Разработка методов для анализа результатов исследований и повышения точности

мониторной системы.

4. Разработка специализированной электроники, исходя из специфических

требований эксперимента.

5. Анализ результатов исследований и оценка точности мониторной системы.

Методы исследования

1. Использование методов статистического анализа

2. Имитационное моделирование.

Научная новизна

1. Предложена и исследована модель, позволяющая оценить влияние точностных характеристик мониторной системы на точность измерения асимметрии в поляризационных измерениях на ускорителе У-70.

2. Разработана и создана аппаратура для технической диагностики и прогнозирования работоспособности и повышения точности многоканальных систем прецизионного измерения электромагнитных сцинтилляционных калориметров в области научных исследований.

3. Разработана обобщенная функциональная схема двухконтурной системы мониторирования с возможностью плавного изменения амплитуды световых импульсов от цифро-аналогово преобразователя.

4. Разработан генератор точных световых импульсов дня экспериментов на У-70 Россия, Протвино (РАМПЕКС, ПРОЗА), а также для подготовки международных экспериментов CMS Швейцария ЦЕРН, BteV США. Мировая новизна примененного технического решения подтверждена патентом Российской Федерации .№1799220.

Положения, выносимые на защиту

• Разработка и создание мониторной системы для контроля и коррекции параметров многоканальных измерительных систем для научных исследований.

• Результаты и методика прогнозирования точностных характеристик многоканальных измерительных систем .

• Результаты исследования параметров мониторной системы.

• Схемотехника специализированной электроники для контроля энергетической шкалы калориметров.

Практическая ценность

• Создан генератор световых импульсов с изменяемой выходной амплитудой .

• Созданная мониторная система в качестве опорного источника света использует один сверх-яркий светодиод и позволяет контролировать до 1000 каналов измерительной системы электромагнитного калориметра

• Созданная мониторная система работает в эксперименте РАМПЕКС по измерению односпиновой асимметрии на У-70 .

• Генератор световых импульсов (А.С.№ 1799220) установлен как в системах измерения калориметров сцинтилляционного типа, так и в системах измерения калориметров из свинцового стекла.

• Результаты исследования используются в измерениях на установке РАМПЕКС.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы

в экспериментах по измерению односпиновой асимметрии на У-70 Россия, Протвино

(РАМПЕКС, ПРОЗА), а также в подготовке международных экспериментов (CMS,

LHC, ЦЕРН, Швейцария и BTeV, Батавия, США).

Апробация и публикации Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5-й международной конференции "Калориметрия в физике высоких энергий" (Аптон, НьюЙорк, 1994), 15-й международной конференции "Спиновая физика"

(Аптон, НьюЙорк, 2002), Результаты работы опубликованы в 8 статьях и защищены одним Авторским свидетельством

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы Список литературы состоит из 35 наименований Общий объем диссертации составляет 95 страницы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, отмечен

фундаментальный характер измерения односпиновой асимметрии, сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность проделанной работы

В первой главе проведен анализ схем построения мониторных систем, проанализированы характеристики применяемых источников света и приведены оценки параметров влияющих на точность калибровки

Калориметр является прибором, измеряющим энергию падающих на него частиц В начале эксперимента производится калибровка на пучке частиц с известной энергией, что позволяет определить энергетическую шкалу калориметра По ходу эксперимента калибровка либо невозможна, либо требует длительного времени Поэтому во время калибровки одновременно с сигналом от пучковых частиц регистрируется амплитуда сигнала от мониторной системы Мониторная система обеспечивает оперативный контроль за стабильностью энергетической шкалы калориметра В процессе набора данных в эксперименте постоянно контролируется амплитуда мониторных сигналов, которые поступают в систему сбора данных одновременно с сигналами от измеряемых частиц

Мониторная система инжектирует свет в каждый индивидуальный канал электромагнитного калориметра через систему, состоящую из оптических кабелей, далее свет рассеивается на матовом отверстии в сцинтилляторе и собирается на сместителе спектра, через который подается на фотоэлектронный умножитель ( Рисунок I )

Рис I Модель модуля из шестнадцати каналов электромагнитного калориметра эксперимента РЛМПЕКС

Свет может инжектироваться непосредственно на фотокатод фотоэлектронного умножителя, но тогда исключается возможность контроля распространения света в ячейке калориметра, а также неоднородности квантовой эффективности фотокатода самого фотоэлектронного умножителя

Инжектируемый свет не возбуждает сцинтилляцию в сцинтилляторе, так как для этого необходимо было бы инжектировать ультрафиолетовый свет, который не смог бы соответствовать полностью отклику ячейки детектора на сигнал рожденный у квантом.

Как правило, инжектируемый свет находится в видимом диапазоне спектра и приближен к диапазону переизлучения сместителя спектра ячейки калориметра (500-700нМ). Также диапазон определяется соответствием радиационных повреждений для калориметра выполненного на сцинтиллирующих кристаллах и прозрачности кристалла на разных длинах волн.(400-660пт). Таким образом для контроля используется весь диапазон видимого света, а иногда и ультрафиолетовый свет.

В качестве источника инжектируемого света может использоваться как светодиод LED (Light Emission Diode) так и твердотельный Nd:YLF лазер с диодной накачкой. Однако лазеру свойственна большая нестабильность от импульса к импульсу. Среднеквадратическое отклонение амплитудного спектра Nd:YLF лазеров < 5% , и для разных типов лазеров находится в диапазоне от 5% до 20%. Измеренный амплитудный спектр излучения светодиода показан на рисунке 2. имеет среднеквадратическое отклонение менее 0,9%.

Относительно невысокая цена светодиодов и их низкое энергопотребление определяет возможность использования их в системах для контроля стабильности энергетической шкалы калориметров, но требует применения дополнительных мер по контролю спектра излучения и температурной компенсации. Таким образом применение светодиода для контроля стабильности энергетической шкалы калориметра и разработка точной специализированной электроники для управления светодиодом которая могла бы обеспечивать оперативное изменение параметров светового импульса и проверку параметров сцинтилляционных детекторов в лабораторных условиях и во время проведения эксперимента является целесообразным решением.

Рис.2: Амплитудный спектр светодиода измеренный фототетродом.

Конечной целью калибровки электромагнитных калориметров является определение для каждой ячейки соответствия номера канала ADC энергии Ео потерянной в ячейке детектора. Приближение параметров инжектированного и рожденного света

Число событий

«оI г- Я 1 / IM-

Номер канала АЦП

минимизирует ошибки определения Ео т.е. импульс света мониторной системы должен быть наиболее близок к отклику калориметра у кванту по следующим параметрам:

• Амплитуда.

• Временные параметры.

• Спектральные характеристики.

При несовпадении параметров необходим дополнительный контроль их изменения.

Во второй главе разработана модель, позволяющая оценивать точность измерения асимметрии в поляризационных измерениях на ускорителе У-70 (ИФВЭ) с учетом статистических флуктуации и систематических неопределенностей в работе экспериментальной аппаратуры, и приведены результаты имитационного моделирования. Полученные зависимости точности измерения асимметрии от интегральной светимости эксперимента позволяют планировать экспериментальные исследования.

В общем виде асимметрия А определяется как нормированная разность двух величин ^ и 12 следующим образом

Такой параметр используется при измерении различных величин в физических экспериментах: поляризация света в оптике, поляризация электронов и атомов в веществе, спиновые эффекты в ядерной физике и физике высоких энергий. Примером такого эксперимента является измерение спиновых эффектов в физике высоких энергий.

Ускоритель в течение нескольких секунд разгоняет пучок частиц, который затем за одну - две секунды выводится на поляризованную мишень. Эксперимент обычно продолжается несколько недель. Долговременная стабильность аппаратуры контролируется различными методами: калибровкой на известные физические величины, специально разработанными мониторными системами, измерением так называемой «ложной асимметрии». Стабильность же аппаратуры во время сброса пучка на мишень контролировать сложно.

Существующие методы учета, основанные на поправках калибровкой на известные физические величины, и измерении так называемой «ложной асимметрии» не позволяют произвести достаточно оперативную коррекцию системы измерения в связи с необходимостью набора большей статистики.

Поэтому необходимо изучение погрешностей возникающих за время сброса ускорителя и законов их распределения. В данной главе учтено влияние кратковременной нестабильности на погрешность в измерении асимметрии, и предложена модель для учета систематической погрешности, которая имеет нормальное распределение

Работа ускорителя У-70 организована следующим образом:

В течение 7,5 секунд происходит накопление, ускорение и формирование пучка в ускорителе и затем в течение 1.5 секунд сброс протонов на внутренние мишени с дальнейшим формированием выведенных пучков в каналах частиц и трассировкой их на мишени экспериментальных установок. Такая временная структура загрузки экспериментальной аппаратуры определяет нестабильности в работе аппаратуры в период сброса больше чем между сбросами частиц на мишень установки. Это обусловило выбор модели учета нестабильности работы аппаратуры, влияющей на регистрацию выхода частиц при измерении асимметрии (неучтенные эффекты температурного плавания, возможные просчеты в триггерных счетчиках при нестабильном сбросе на мишень и т.д.) РАБОЧАЯ МОДЕЛЬ

В качестве модели была взята схема эксперимента РАМПЕКС. Измеряемой величиной / является выход вторичных частиц в некоторой кинематической области при различных значениях поляризации мишени. Число зарегистрированных вторичных частиц, при каждом сбросе на мишень, является случайной величиной, подчиняющейся распределению Пуассона со средними X/ и Хг, где индексы 1 и 2 соответствуют различным поляризациям мишени. Необходимость моделирования распределения значений

асимметрии при заданных параметрах X/ и \>, обусловлена наличием систематического смещения при оценке этих параметров из экспериментальных данных.

Кратковременная нестабильность аппаратуры приводит к изменению эффективности регистрации частиц с заданными кинематическими параметрами. Для учета нестабильности аппаратуры в момент вывода пучка частиц на поляризованную мишень в моделировании введен параметр 5. Величина нестабильности описывается как & )ч,2, где 5 есть относительная нестабильность и в нашем случае она изменялась от нуля до 0,2. Величина S предполагалась распределенной по нормальному закону с нулевым средним значением.

Моделирование эксперимента производилось методом Монте Карло и состояло в розыгрыше определенного числа сбросов на мишень. В каждом сбросе величина X варьировалась в соответствии с нестабильностью 6. Величина интегральной светимости / определялась, как сумма выходов частиц по всем сбросам на мишень. Моделирование проводилось для двух значений асимметрии: 0 и 0,2. Для моделирования брались два набора параметров Малые значения в интервале соответствуют низкому темпу

набора статистики в реальном эксперименте (см. например [РАМПЕКС]), и, соответственно, большому времени проведения экспозиции. Для сравнения приводятся результаты \в интервале от 10 до 20, когда набор идет быстро. Число сбросов на мишень N варьировалось от 500 до 30000, что для эксперимента РАМПЕКС соответствует времени экспозиции от одного часа до двух с половиной суток.

Некоторые из результатов моделирования приводятся в таблице 1, где показана зависимость RMS асимметрии от интегральной светимости У для значений асимметрии «0»и «0,2», без размытия параметра X (5 = 0)и при размытии параметра X (5 = 0,2).

Таблица I.

Некоторые результаты моделирования - и аналитических расчетов точности измерения асимметрии в зависимости от интегральной светимости и нестабильности 5.

А Л N RMS (3 = 0) нацель RMS (¿=0,2 иодемь RMS <г = 0) ФОРМУЛА RMS (<5 = 0,2 RMS,^, KMS,^ KMS.^,

0.2 0,16 0.24 500 200 0,0695 0,0699 0,0693 0,0695 0,99 1,00

0,2 0,16 0.24 1000 400 0,0488 0,0495 0.0490 0,0492 0.99 1,00

0,2 0,16 0,24 10000 4000 0.0150 0,0163 0,0155 0,0156 0,92 1,00

0.2 0,16 0,24 30000 12000 0,0080 0,0087 0,0089 0,0090 0.92 1,00

0 0.2 0,2 500 200 0,0710 0,0715 0.0707 0,0710 0,99 1,00

0 0,2 0,2 1000 400 0,0496 0,0506 0,0500 0,0502 0.98 1,00

0 0,2 0,2 юооо 4000 0,0158 0,0146 0,0158 0,0159 1,08 1.00

0 0.2 0,2 30000 12000 0,0091 0 0085 0,0091 0,0092 1,07 1,00

0,2 16 24 500 20000 0,0070 0,0092 0,0069 0,0092 0.77 0,75

0.2 16 24 1000 40000 0,0049 0,0065 0,0049 0,0065 0,75 0.75

0,2 16 24 10000 400000 0.0016 0.0021 0,0015 0.0021 0,74 0,75

0.2 16 24 30000 1200000 0.0009 0.0014 0,0009 0,0012 0,70 0,75

0 20 20 500 20000 0,0071 0,0093 0 0071 0,0095 0,76 0,75

0 20 20 1000 40000 0,0050 0,0066 0.0050 0,0067 0,75 0.75

0 20 20 10000 400000 0,0015 0,0021 0,0016 0,0021 0,72 0,75

0 20 20 30000 1200000 0.0009 0,0012 0,0009 0,0012 0,77 0.75

Из таблицы следует, что при 20 % изменении малых знамениях Я плавание характеристик детекторов установки от сброса к сбросу при размытии параметра Л, , Л, по нормальному закону со средним «О» (что включает энергетическое разрешение а, 10%ч

калориметра —— = _ ) слабо влияет на точность измерения асимметрии.

При 20 % изменении параметра А, если А =10+20,, от сброса к сбросу необходимо небольшое (около одного дня при Я =10) увеличение времени набора статистики для получения заданной точности или контроль энергетической шкалы между сбросами ускорителя.

Полученный эффект, в случае нормального распределения с нулевым средним значений параметра А, можно оценить при помощи простых выкладок: Оценим поведение ошибки измерения величины симметрии

Так как величины и подчиняются распределению Пуассона, то

'I

2

следовательно

Или, для случая нулевой асимметрии, статистической ошибки асимметрии равна

относительная погрешность в оценке

/аа

Проведенные расчеты показали хорошее совпадение результатов моделирования и результатов, полученных по формулам. Это позволяет использовать для оценки точности измерения асимметрии предложенную модель с экспериментально определенным распределением параметра описывающим изменение параметра от сброса к сбросу.

Реальная погрешность зависит от формы спектра детектируемых частиц. Например, если выход вторичных частиц в зависимости от поперечного импульса Рт имеет экспоненциальную зависимость

Я я е~4Р'

то в этом случае точность мониторирования энергетической шкалы детектора определяется как

' 4 X

То есть точность контроля стабильности энергетической шкалы должна быть увеличена в 4 раза от величины размытия (5 — 0,2) параметров А, и А;.

Таким образом, если нестабильность системы измерения распределена по нормальному закону со средним, равным нулю, то статистическая погрешность измерения не вызывает дополнительной погрешности в измерении асимметрии при незначительном увеличении времени измерения.

Систематическое смещение ошибки измерения от сброса к сбросу ускорителя требует контроля точности перед сбросом ускорителя на уровне и

дополнительного изучения изменения погрешности за время сброса и закона ее распределения.

В третьей главе разработана обобщенная функциональная схема двухконтурной системы мониторирования с возможностью плавного изменения амплитуды световых импульсов от цифро-аналогово преобразователя.

Для ' контроля долговременной стабильности светодиода применен световой источник представляющий собой кристалл из ортоалюмината иттрия размером с нанесенным на его поверхность а-нуклидом

Амплитудный спектр набранный за 20 мин показан на рисунке 3.

Для получения статистической точности более 0,1 % необходимое число импульсов должно быть более N=(2,2/0,1)2 ^ 484, то есть для получения заданной точности при интенсивности а-нуклида 2иРи 20 импульсов в секунду достаточно менее одной минуты Из ограничения в скорости приема системой сбора данных, необходимо около 20 минут

Так как спектральная характеристика излучения кристалла из ортоалюмината иттрия с нанесенным на его поверхность а-нуклидом не совпадает со спектральной характеристикой излучения светодиода , и пики спектральных характеристик находятся по разные стороны пика спектральной чувствительности фотоэлектронного умножителя, то для проверки точности контроля амплитуды светодиода по световыходу ортоалюмината иттрия была предложена методика, и проведено измерение точности для различных спектральных характеристик контролируемых источников света

Проверка точности контроля светодиода по световому источнику из ортоалюмината иттрия при несовпадении спектров излучения ортоалюмината иттрия и

светодиода осуществляется по измерению отношения

Гистограмма результата измерений, набранная в течение двух суток,

показана на рисунке 4

' сргбн V ' У срсйн

где а, значение амплитуды сигнала излучения кристалла из ортоалюмината иттрия с нанесенным на его поверхность а-нуклидом на первом фотоумножителе , значение амплитуды сигнала излучения кристалла из ортоалюмината иттрия с нанесенным на его поверхность а-нуклидом на втором фотоумножителе, значение амплитуды сигнала излучения светодиода на первом фотоумножителе , значение амплитуды сигнала излучения светодиода на втором фотоумножителе

Рис 4 Гистограмма результата измерений |

Таким образом, долговременная нестабильность светового потока светодиода может контролироваться с точностью 2,4*10 '■

Блок схема алгоритма двухконтурной системы контроля энергетической шкалы электромагнитного калориметра представлена на рисунке 5.

Рис. 5: Блок схема алгоритма двухконтурной системы контроля энергетической шкалы электромагнитного калориметра.

Во четвертой главе приводятся описание разработанной схемотехники системы мониторирования и результаты измерений параметров мониторной системы. генератор нипульсов

Для питания светодиода импульсным сигналом был разработан генератор импульсов с дистанционным управлением амплитудой выходного импульса.

Выходной каскад генератора защищен авторским свидетельством № 1799220. Кл. Н 03 F 3/50. Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении различных электронных схем, в частности как формирователь реперных импульсов в ядерной спектрометрии. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходного сигнала периодических импульсов.

Функциональная схема генератора представлена на рисунке 7.

Оконечный каскад генератора выполнен на полевом транзисторе по схеме повторителя напряжения. Такое техническое решение позволило плавно изменять амплитуду выходного импульса изменением питающего напряжения каскада.

Для увеличения мощности выходного импульса повторитель напряжения выполнен параллельным соединением четырех транзисторов.

Для повышения точности измерения импульса светодиода, импульс должен быть меньше длительности стробирующего импульса измерительной системы, в тоже время большое время спада импульса светодиода приводит к увеличению шумов измерительной системы.

Так как при мощном импульсе тока через светодиод 7А 90 ^ для уменьшения длительности импульса излучения светодиода необходимо быстро рассасывать неосновные носители в активной области светодиода, применена формировка сигнала на светодиоде, выполненная с помощью трансформатора на линии задержки и диода. Также линия задержки выполняет функцию инвертирования сигнала. Рисунок 8.

Рис. 8. Оконечный каскад генератора Unni - регулируемое напряжение питания от 0 до 50В. LED- светолиод.

Импульс отрицательно полярности поступает на центральную жилу коаксиального кабеля, соответствующая оплетка соединена с землей. Инвертирование сигнала происходит при распространении его по линии задержки и инвертированный положительный сигнал с оплетки подается на затвор полевого транзистора повторителя напряжения. При отрицательном спаде на затворе полевого транзистора он закрывается, открывается диод и происходит рассасывание неосновных носителей в активной области светодиода.

Форма импульса на светодиоде с формировкой и без формировки показана на рисунке 9.

Сигнал с фотоэлектронного умножителя с формировкой и без формировки показан на рисунке 10.

Рис.10: Сигнал с фотоэлектронного умножителя с формировкой (темный) и без формировки (светлый), измеренный и записанный осциллографом Tektronix TDS3032. По оси X время одного деления 100 нС. По оси Y амплитуда одного деления 100 мВ.

Модель генератора импульсов с дистанционным управлением амплитудой выходного импульса показана на рисунке 11.

Рис 11.Модель генератора импульсов с дистанционным управлением амплитудой выходного импульса

Параметры генератора импульсов

• Напряжение питания +50 V , +12У

• Время нарастания электрического импульса5п8 * Время спада электрического импульса 5 п5 *

• Ток выходного импульса7А*

• Напряжение выходного импульса 40У»

• Ширина фиксированная, но может быть изменена от Юпв до 400п8 Напряжение управления выходной амплитудой импульса +0-10У

* зависит от типа используемого светодиода.

Стабильность амплитуды светового импульса при изменении температуры не более 0.1 % на 1 °С. Рисунок 12.

Рис 12: Амплитуда импульсов света измеренная при принудительном изменении температуры на 6 °С.

Долговременная стабильность измеренная в рамках подготовки эксперимента BteV составила 0,2-0,4 % за несколько месяцев измерения.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы и определены возможные направления дальнейших разработок по теме диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе решена задача разработки системы для контроля стабильности энергетической шкалы калориметра в поляризационных измерениях обеспечивающая эффективный контроль параметров в реальном масштабе времени. При этом получены следующие результаты:

1. Предложена математическая модель, позволяющая оценивать точность измерения асимметрии в поляризационных измерениях на ускорителе У-70 (ИФВЭ) с учетом статистических флуктуаций и систематических неопределенностей в работе экспериментальной аппаратуры. При 20 % изменении малых значениях

плавание характеристик детекторов установки от сброса к сбросу при размытии параметра Я,, Х^ по нормальному закону со средним «0» (что включает

<т£ 10%, ,

энергетическое разрешение калориметра = ^— ) слабо влияет на точность

измерения асимметрии. При 20 % изменении параметра Я, если Я =10-20, от сброса к сбросу необходимо небольшое (около одного дня при Я =10) увеличение времени набора статистики для получения заданной точности..

2. Разработан генератор точных световых импульсов Выходной каскад генератора защищен авторским свидетельством № 1799220. Кл. Н 03 Б 3/50. Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении различных электронных схем, в частности как формирователь реперных импульсов в ядерной спектрометрии. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходного сигнала периодических импульсов.

3. Предложена схема формирования мощного светового импульса на светодиоде, что позволило в качестве опорного источника света использовать один сверх-яркий светодиод с параметрами излучения близкими к параметрам рожденного света в калориметре и минимизировать ошибки определения а также контролировать до 1000 каналом измерительной системы электромагнитного калориметра и резко сократить стоимость используемой электроники.

4. Разработана обобщенная функциональная схема двухконтурной системы мониторирования с возможностью плавного изменения амплитуды световых импульсов от цифро-аналогово преобразователя.

5. Разработан метод контроля и создана установка для измерения точности мониторирования при различных спектральных характеристиках эталонного источника и источника света и измерена долговременная нестабильность

светового потока светодиода с точностью при различных

спектральных характеристиках контролируемых источников света

Публикации по теме диссертации.

1. Зерний Ю В. Медведев ВА. Уханов М Н. Способ мониторирования энергетической шкалы электромагнитного калориметра эксперимента РАМПЕКС. Сборник научных трудов.- М..МГАПИ.2003 г., с. 148-153.

2. Медведев В.А. Повторитель напряжения. Государственный реестр изобретений СССР. Авторское свидетельство № 1799220, НО3 F 3/50,8 октября 1992г.

3. Yousef I. Makdisi et al. SPIN 2002. 15lh International Spin Physics Symposium and Workshop on Polarized Electron Sources and Polarimeters. Published July 2003; ISBN

0-7354-0136-5 One Volume Print, Upton, New York, 9-14 September 2002. AIP Conference Proceedings 675. P. 48.

4. S.Akimenko, G. Alekseev, Yu.Arestov,......,V. Medvedev... et al., A study of one-spin

asymmetries in pp and pi-p interactions at 70 and 40 GeV/c (Proposal of experiment RAMPEXl Preprint IHEP-97-58 p.33.

5. Васильев A.H., Гончаренко Ю.М., Грачев О.А. , Кормилицын В.А. , Медведев BA, Соловьев Л.Ф. , Чуйко Б.В. Контроль за энергетической шкалой электромагнитного калориметра. Препринт ИФВЭ -97-60, 1997.

6. Зерний Ю.В., Битюков СИ., Медведев В А., Уханов М.Н, Чуйко Б.В. Способ контроля точности относительного изменения спектральной характеристики ФЭУ. Препринт ИФВЭ. 2004г. Направлено в ПТЭ.

7. By G.A. Alekseev, V.A. Medvedev, Yu.D. Prokoshkin, P.M. Shagin, A.V. Singovsky, V.L. Solovyanov, S.M. Stepushkin, V.P. Sugonyaev (Serpukhov, IHEP), A.A. Fedorov, M.V. Korzhik, O.V. Misevich (Minsk, Inst. Nucl. Problems), J.P. Peigneux, J.P. Vialle (Annecy, LAPP). BEAM TEST RESULTS OF PBWO-4 CRYSTAL CALORIMETER PROTOTYPE.

Prepared for 5th International Conference on Calorimetry in High-energy Physics, Upton, NY, 25 Sep -1 Oct 1994. Proceedings: CALORIMETRY IN HIGH ENERGY PHYSICS: proceedings. Edited by Howard A. Gordon and Doris Rueger. River Edge, N.J., World Scientific, 1995. 524p.

In "Upton 1994, Calorimetry in high energy physics* 97-102.

8. By G.A. Alexeev, F. Binon, A.V. Dolgopolov, S.V. Donskov, A.A- Fedorov, V.A. Kachanov, V.Yu. Khodyrev, M.V. Korzhik, V.A. Medvedev, O.V. Missevich, J.P. Peigneux, Yu.D. Prokoshkin, P.M. Shagin, A.V. Singovsky, V.L. Solovianov, S.M. Stepoushkine, V.P. Sugonyaev, J.P. Vialle (Serpukhov, IHEP & Minsk, Inst. Nucl. Problems & Annecy, LAPP & Brussels U., IISN). LAPP-EXP-95-04, Apr 1995. 13pp. BEAM TEST RESULTS OF A PBWO-4 CRYSTAL CALORIMETER PROTOTYPE. Published in Nucl.Instrum.Meth.A364:P.308,1995.

Подписано к печати 14.05.2004 г. Формат 60x84. 1/16 Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 63

Московская государственная академия приборостроения и информатики

107996, Москва, ул. Стромынка, 20

»11322