Файл: Григоров, Н. Л.pdf

а) Системы измерения амплитуд должны быть достаточно быст­ родействующими, чтобы производить измерение ионизации за столь короткое время, за которое появление случайных импульсов будет маловероятным. Однако система регистрации измеренных импульсов может действовать достаточно медленно, так как при работе с частицами космических лучей частота наблюдения высокоэнергичных частиц мала. Поэтому время регистрации измеренных импульсов может быть порядка десятков секунд.

б) Распределение ионизации между различными детекторами чрезвычайно неравномерно и подвержено сильным флуктуациям, обусловленным следующими причинами. Во-первых, регистри­

в детекторах порядка 10-кратной (если ионизационный калориметр сконструирован так, что он с достаточной частотой регистрирует частицы с энергией Етіп, то частицы с энергией ІОйщіп будут регистрироваться с частотой в 50—100 раз меньшей). Во-вторых, распределение ионизации вдоль калориметра может быть самым различным. За этот счет при данной энергии первичной частицы величина ионизации в различных детекторах может отличаться

в20—50 раз. Таким образом, система измерения и регистрации должна обладать большим динамическим диапазоном и позволять измерять и регистрировать амплитуды импульсов, колеблющиеся

в500—1000-кратном диапазоне.

в) Система измерения и регистрации импульсов должна быть помехоустойчивой. Это требование связано с тем, что, как прави­ ло, ионизационный калориметр работает совместно с каким-либо прибором для наблюдения процессов взаимодействия: с камерой Вильсона, искровой камерой, счетчиками и др. Работа камеры Вильсона (вспышка осветительных ламп, работа клапанов, вы­ хлоп) может создавать большие помехи как электромагнитного характера, так и акустического (микрофонный эффект).

г) Устройство амплитудных анализаторов и система регистра­ ции должны быть достаточно простыми и надежно работающими. Иначе установка, содержащая 100—1000 амплитудных анализа­ торов, будет практически неработоспособной.

Задача измерения и регистрации амплитуд импульсов от де­ текторов ионизации может решаться двумя различными путями, удовлетворяющими перечисленным требованиям.

1. Измерение и регистрация амплитуд импульсов производят­ ся одновременно во всех детекторах ионизации (параллельная система).

Очевидно, такой метод требует, чтобы каждый детектор иони­ зации был соединен (через электронное устройство) с отдельным амплитудным анализатором, в котором происходит измерение и регистрация (запись) амплитуды по команде, вырабатываемой системой управления работой ионизационного калориметра. Одновременность измерения и регистрации ионизации во всех

детекторах существенно увеличивает быстродействие всей сис­ темы регистрации многих амплитуд импульсов. Однако такая со­ вокупность систем детектор — анализатор при большом числе детекторов становится слишком громоздкой и мало практичной.

амплитуд импульсов от всех детекторов и затем поочередное их измерение и регистрация (последовательная система).

В этом методе моменты запоминания и регистрации могут быть существенно разнесены во времени в соответствии с техни­ ческими возможностями конкретной системы регистрации и с ча­ стотой регистрируемых частиц. При этом возможно создание такой системы, при которой используется один амплитудный ана­ лизатор, поочередно подключаемый ко всем ячейкам «памяти», а система регистрации поочередно «считывает» измеренную ампли­ туду. Этот второй путь позволяет простыми средствами создать систему измерения и регистрации амплитуд от 500—1000 детекто­ ров ионизации.

В условиях регистрации космических лучей высоких энергий есть одно немаловажное обстоятельство, существенно облегчаю­ щее применение второго метода. Дело в том, что потоки частиц высоких энергий даже на высотах гор малы и частота регистрируе­ мых событий составляет, как правило, « 1 0 час-1. Поэтому, если время поочередного опроса всех ячеек «памяти» будет составлять несколько секунд, то общее время, затрачиваемое на регистрацию (в течение которого установка не должна регистрировать новых частиц), составит всего около 1 % .

Применительно к ионизационным калориметрам и другим установкам, содержащим большое число детекторов ионизации, в нашей лаборатории были разработаны и опробованы оба метода.

Первый метод нашел свою реализацию с помощью осциллоско­ па с 49 осциллографическими трубками [20]. Этот осциллоскоп был использован в качестве регистратора амплитуд для первого ионизационного калориметра, созданного в лаборатории косми­ ческих лучей НИИЯФ МГУ в 1957 г. [1]. Этот регистратор был сконструирован в виде компактного блока 49 малогабаритных осциллографических трубок типа 8Л029, экраны которых фото­ графируются на один общий кадр. Трубки размещены вплотную и составляют квадрат со стороной 62 см. Разрешающая способность высокочувствительных фотоматериалов (60—70 мм-1) позволяет воспользоваться при этом обычной 35-миллиметровой кино­ пленкой.

Использование катодной трубки, отдельной для каждого кана­ ла измерения ионизации, помимо простоты многоканального уст­ ройства дает также возможность значительно расширить динами­ ческий диапазон амплитуд, регистрируемых в каждом канале. Если поступающий сигнал направить на одну пару отклоняющих электродов с предварительным усилением и одновременно на

вторую пару — без усиления, то электронный луч опишет на экра­ не трубки замкнутую кривую, близкую к треугольной форме при соответствующей фазовой характеристике усилителя. Тогда из­ мерения импульсов малых амплитуд (первый поддиапазон) могут быть произведены по отклонению луча электродами с усилением (основание треугольника); при достижении насыщения усилителя импульсами больших амплитуд (второй поддиапазон) измерения могут быть продолжены по отклонению без усиления (высота

Детектор ионизации

7 Усилитель („Щч") .Память"

1 ^

t i l

—ы

Управляющий

сигнал

Рис. 2.7. Блок-схема установки с последовательным опросом детекторов ионизации.

треугольника). Таким путем на указанной трубке достигается примерно 800-кратный динамический диапазон. Точность регистра­ ции амплитуд в большей части диапазона составляет примерно 5%, снижаясь до 10% в узком интервале амплитуд в начале каждого из поддиапазонов.

Во втором методе основой установки являются элементы «па­ мяти» и система опроса элементов «памяти». Мы остановились на системе запоминания амплитуды сигнала на емкости, а в качестве

ления импульсов от детектора ионизации оканчивается пропускателем сигналов — «ключом», управляемым внешним импульсом, катодным (эмиттерным) повторителем и конденсатором. В момент прохождения частицы высокой энергии через ионизационный ка­ лориметр система управления вырабатывает сигнал, отпирающий все «ключи». Импульсы, возникшие в детекторах ионизации, по­ сле предварительного усиления проходят через «ключи» и заря­ жают конденсаторы до своего амплитудного значения, т. е. «за-

поминаются» на достаточно длительное время. Искатель коммута­ тора поочередно подключает к каждому конденсатору (ячейке «памяти») амплитудный анализатор, соединенный с системой регистрации (записи) измеренной амплитуды.

Наиболее простой вариант анализатора и регистратора, со­ вмещенных в одном устройстве,— катодный или шлейфовый ос­ циллограф. Описанный принцип был впервые осуществлен в 1956 г. [16].

Для расширения динамического диапазона обычно исполь­ зуются два регистрирующих прибора разной чувствительности (два осциллографа) с записью сигналов на одну и ту же пленку. Таким путем легко перекрывается весь динамический диапазон, определяемый усилительным трактом.

По-видимому, описанное решение задачи регистрации ампли­ туд импульсов от большого числа детекторов ионизации оказалось наиболее конструктивным, так как оно получило широкое рас­ пространение и дальнейшее усовершенствование [44]. Примене­ ние других типов «памяти», в частности на магнитных элементах [42], распространения в практике постройки ионизационных ка­ лориметров не получило.

Как уже подчеркивалось выше, ионизационный калориметр для работы в нижней части атмосферы должен состоять из большо­ го числа детекторов ионизации с малыми поперечными размерами (или, как минимум, с малым одним размером). Он должен иметь систему измерения и регистрации амплитуд импульсов от всех детекторов ионизации. Управление системой измерения и регист­ рации должно проводиться только при выполнении определённых условий, задаваемых физикой исследуемых процессов, в против­ ном случае ионизационный калориметр будет регистрировать массу ненужных событий. Иными словами, в состав ионизацион­ ного калориметра должна входить система управления.

Наибольшее распространение в исследованиях космических лучей высоких энергий в нижней части атмосферы получили иони­ зационные калориметры того же типа, каким был первый иониза­ ционный калориметр [1]. Основными их особенностями являются поглотитель из железа и длинные цилиндрические ионизационные камеры. В последующие годы усовершенствование ионизацион­ ных калориметров шло по пути увеличения числа ионизационных детекторов, замены камер круглого сечения на камеры прямоуголь­ ного сечения [24] и совершенствования системы регистрации амп­ литуд импульсов.

Увеличение числа ионизационных камер позволило создавать в ионизационном калориметре многомерные координатные систе-