научная статья по теме СТЕНД КОНТРОЛЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ Физика

Текст научной статьи на тему «СТЕНД КОНТРОЛЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ»

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2004, № 6, с. 35-38

ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

СТЕНД КОНТРОЛЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ

© 2004 г. Ю. П. Корнеев, А. Н. Криницын, В. И. Крышкин, А. А. Марков,

В. В. Талов, Л. К. Турчанович

ГНЦ РФ "Институт физики высоких энергий" Россия, 142281, Протвино Московской обл., ул. Победы, 1 Поступила в редакцию 04.12.2003 г.

Описаны конструкция стенда, предназначенного для массового контроля сцинтилляционных счетчиков, и процедура проверки качества сцинтилляционных элементов адронного калориметра.

ВВЕДЕНИЕ

Современные экспериментальные установки, как правило, состоят из большого числа идентичных элементов. При их изготовлении возникает проблема контроля качества, для чего требуются стенды с высокой производительностью, надежностью, простые в обслуживании и обеспечивающие воспроизводимость результатов.

В данной работе описан стенд, предназначенный для проверки оптических элементов Торцевого адронного калориметра CMS [1]. Оптический элемент (мегатайл), конструкция которого схематически показана на рис. 1, представляет собой металлическую коробку, в которую между светоизолирующим (Tediar) и светоотражающим (Tyvek) слоями уложены сцинтилляторы трапециевидной формы (тайлы). Максимальное число сцинтилляторов равно 19.

Для контроля характеристик мегатайлов в процессе эксплуатации в них установлены трубки радиоактивного контроля и кварцевые волокна ла-

зерного контроля. Свет, излученный в сцинтилля-торе, с помощью спектросмещающих и транспортных волокон подается на выходные оптические разъемы. Свет от лазера, приходящий на входной разъем мегатайла, по кварцевым волокнам через конические отражатели засвечивает центры сцинтилляторов. Одно из кварцевых волокон заведено на выходной оптический разъем. Таким образом, максимальное число оптических каналов измерения с одного мегатайла равно 20. После сборки мегатайлов измеряется световыход с тайлов, проверяется лазерная калибровка и трубки радиоактивного контроля.

ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Стенд для контроля качества сцинтилляционных счетчиков содержит: стол с двухкоординатным механизмом привода каретки; блок фотодетекторов и блок высоковольтного питания фотодетекторов; систему проверки лазерного контроля; сцинтилля-

Оптические разъемы

Рис. 1. Конструкция мегатайла.

35

3*

36

КОРНЕЕВ и др.

Рис. 2. Схема стенда.

ционный счетчик для калибровки фотодетекторов; систему измерения сигналов с фотодетекторов. Схема стенда представлена на рис. 2.

Стол. Основным элементом стенда является стол с механизмом двухкоординатного перемещения каретки двумя электродвигателями постоянного тока. Напряжение питания электродвигателей 27 В, частота вращения 240 об/мин. Координаты каретки измеряются двумя 12-разрядными преобразователями угол-код. Управление механизмом перемещения каретки ручное и автоматическое. Запись и чтение положения каретки в блок управления осуществляется персональным компьютером. Точность установки центра каретки в любой доступной области (1.15 х 2.20 м) стола не хуже 1 мм. Скорость перемещения каретки 8 см/с. На каретку устанавливается свинцовый коллиматор с радиоактивным источником 60Со. Размеры коллиматора определяются требованиями радиационной защиты, максимальным весом, который выдерживает каретка, и минимальными размерами отдельных сцинтилляторов (при засветке центра сцинтиллятора излучение не должно попадать на соседний сцинтиллятор).

Блок фотодетекторов содержит 24 ФЭУ-84-3. Свет на них подается по оптическим волокнам, которые с одной стороны оканчиваются оптическими разъемами. Перед фотодетекторами установлена подвижная непрозрачная шторка, кото-

рая позволяет не отключать фотодетекторы при отсоединении оптических кабелей, например, при смене проверяемых сцинтилляционных счетчиков. Привод шторки ручной или от электромагнита. Токи делителя для каждого ф.э.у. не превышают 0.2 мА в диапазоне напряжений 1.5-1.7 кВ, которые регулируются и измеряются по каждому каналу.

Для контроля усиления ф.э.у., характеристик каналов регистрации, интенсивности радиоактивного источника используется счетчик из сцинтиллятора на основе полистирола диаметром 100 мм и длиной 150 мм, показанный на рис. 3. На боковую поверхность наматываются спектросмещаю-щие волокна, свет с которых по оптическому волокну через разъем подается на каждый из двадцати четырех ф.э.у. Торец счетчика находится в одной плоскости с измеряемым сцинтилляцион-ным счетчиком.

При проверке сцинтилляционных счетчиков свет с каждого сцинтиллятора регистрируется отдельным ф.э.у. Сигналы с анодов ФЭУ-84-3 (токовые - от радиоактивного источника с тайлов и калибровочного счетчика, а также импульсные -от лазерной калибровки) подаются через коммутатор на входы токовых усилителей или а.ц.п. Блок токовых усилителей имеет 24 входа. Входное сопротивление усилителей 1 МОм. Динамический диапазон усилителей по входу равен 5 мкА. С выхо-

СТЕНД КОНТРОЛЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ

37

дов усилителей сигналы подаются на 48-канальный а.ц.п., встроенный в персональный компьютер. В режиме проверки мегатайлов ток с фотодетекторов не превышает 100 нА для коллимированного и 2 мкА для открытого у-источника 60Со с активностью 200 МБк. Величина пьедесталов при измерениях обусловлена в основном наводками и собственным уровнем фона и шумов измерительного тракта и не превышает 5 нА. Вклад в величину пьедесталов темнового тока ФЭУ-84-3 не превышает 10%. Величина токовых сигналов от калибровочного счетчика по всем каналам измерения 20-40 нА.

Система проверки лазерного контроля. Для

проверки сцинтилляционных счетчиков, оборудованных системой лазерного контроля, используется газовый азотный лазер интенсивностью 150 мкДж/импульс. Импульс света лазера подается на диффузный торец кварцевого стержня длиной 250 мм и сечением 5 х 5 мм2 с полированными боковыми поверхностями и полированным противоположным торцом. К другому торцу распределителя пристыковывается штуцер с четырьмя кварцевыми волокнами диаметром 0.8 мм. Свет с одного кварцевого волокна длиной 12 м поступает на входной разъем сцинтилляционного счетчика. По второму кварцевому волокну свет попадает на фотокатод ФЭУ-85, сигнал с которого определяет момент срабатывания лазера и используется для запуска генератора, вырабатывающего строб длительностью 80 нс и цуг частотой 20 МГц для работы а.ц.п. Импульс Занято поступает на блок, формирующий задержанные логические импульсы, и далее на регистр чтения. Сигнал с регистра чтения служит началом чтения данных с а.ц.п., которое осуществляется с компьютера. Свет от лазера с третьего кварцевого волокна поступает на PIN-диод. Сигналы с ФЭУ-85 и PIN-диода подаются на входы а.ц.п. для измерения амплитуды.

Проверка мегатайлов. Для установления стабильного режима работы аппаратура стенда включается как минимум за полчаса до начала проверки мегатайлов. Мегатайл укладывается на стол в определенное положение, подсоединяются оптические кабели, кварцевое волокно лазерной калибровки и трубки радиоактивного контроля. Производится светоизоляция мегатайла, и затем открывается шторка в блоке фотодетекторов. Каретка стенда с радиоактивным источником во время подготовительных операций находится в той части стола, где снизу выложена свинцовая защита. Далее запускается программа проверки мегатайлов Testmain, работающая в ОС ДОС. Программа позволяет выполнять все виды проверки мегатайла через основное меню, пункты которого перечислены и описаны ниже.

Пункт меню Source задает режим проверки мегатайлов от коллимированного источника. Све-

Сцинтиллятор \

Радиоактивный источник Стол стенда

Переизлучающее волокно Оптическое волокно

Оптические разъемы

Рис. 3. Схема контрольного счетчика.

товыход измеряется в центре тайла, поэтому перед проверкой мегатайлов создается файл, содержащий координаты центров тайлов в системе координат стола. Помимо этого, в файле указываются координаты удаленной от мегатайла точки для измерения пьедесталов и центра калибровочного счетчика, куда устанавливается источник в начале и конце проверки световыхода с тайлов. В данном режиме в каждой точке проводятся три серии по сто измерений. Распределение амплитуд в трех сериях измерений для сцинтилля-торов толщиной 4 и 9 мм показаны на рис. 4.

Для каждой проверки мегатайла создаются три текстовых файла. Начало каждого файла содержит дату и время создания, номер мегатайла, тип и активность источника. Кроме того, файлы содержат число измеряемых точек, количество каналов измерения (устанавливаемое в пункте меню alter Current run settings), число измерений в серии, число серий, величину, пропорциональную частоте измерений, коэффициент масштаба преобразования а.ц.п., напряжение высоковольтного источника. Перечисленные параметры можно изменить в файле Config.src. Точность стенда иллюстрирует рис. 5а, повторяемость измерений - рис. 56.

Пункт меню Laser calibration задает режим проверки лазерной калибровки мегатайлов. В данном режиме создается текстовый файл, имя которого указывается в пункте меню new File name. Файл содержит амплитуды сигналов по каждому каналу измерения, записываемые для каждого события. Число каналов измерения равно максимальному числу тайлов с лазерной калибровкой в мегатайле плюс два дополнительных канала для измерения амплитуды лазерного сигнала с помо-

38

КОРНЕЕВ и др.

N 80 60 40 20

(a)

Л

1

N 120

100

80 60 40 20

J_L3_I_I_I_I

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0

/, нА

(б)

50 100 150 200 250 300

/, нА

Рис. 4. Распределение амплитуды токовых сигналов с 4-мм сцинтиллятора (а) и с 9-мм сцинтиллятора (б).

N 90

80

70

60

50

40

30

20

10

0.7

(a)

0.8

0.9

1.0

1.1

N 35

30

25

20

15

10

5

0

1.2 0.90

/н//с

(б)

0.95

1.00

1.05

1.10

/н//с

Рис. 5. Отношение амплитуд токовых сигналов при повторных измерениях с пересоединением разъемов (а), без пересоединения разъемов (б). /н - амплитуда токовых сигналов "нового" измерения, /с - амплитуда токовых сигналов "старого" измерения.

щью ф.э.у. и РВД-диода. В этом режиме по гистограммам контролируются все сигналы лазерной системы. В процессе измерения для каждого мегатай-ла набирается

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком