Электронное антисовпадение - это метод (и связанное с ним оборудование), широко используемый для подавления нежелательных «фоновых» событий в физике высоких энергий , экспериментальной физике элементарных частиц , гамма-спектроскопии , гамма-астрономии , экспериментальной ядерной физике и связанных областях. В типичном случае высокоэнергетическое взаимодействие или событие, которое желательно изучить, происходит и обнаруживается каким-либо электронным детектором, создавая быстрый электронный импульс в соответствующей ядерной электронике.. Но желаемые события смешиваются со значительным количеством других событий, вызванных другими частицами или другими процессами, которые создают неразличимые события в детекторе. Очень часто можно организовать другие физические детекторы фотонов или частиц, чтобы перехватывать нежелательные фоновые события, создавая по существу одновременные импульсы, которые можно использовать с быстрой электроникой для отклонения или запрета нежелательного фона.
Гамма-астрономия [ править ]
Первые экспериментаторы рентгеновской и гамма-астрономии обнаружили, что их детекторы, летавшие на воздушных шарах или зондирующих ракетах, были искажены большими потоками фотонов высокой энергии и заряженных частиц космических лучей. Гамма-лучи, в частности, можно было коллимировать, окружив детекторы тяжелыми экранирующими материалами из свинца или других подобных элементов, но быстро было обнаружено, что высокие потоки проникающего излучения высокой энергии, присутствующего в ближнем космосе, создают ливни вторичных частиц, которые не могли быть остановлены разумными экранирующими массами. Чтобы решить эту проблему, детекторы, работающие выше 10 или 100 кэВ, часто окружались активным экраном от антисовпадений, сделанным из какого-либо другого детектора, который можно было использовать для подавления нежелательных фоновых событий. [1]
Ранний пример такой системы, впервые предложенный Кеннетом Джоном Фростом в 1962 году, показан на рисунке. Он имеет активный сцинтилляционный экран CsI (Tl) вокруг детектора рентгеновского / гамма-излучения, также из CsI (Tl), с двумя соединенными электронным антисовпадением, чтобы отклонять нежелательные события заряженных частиц и обеспечивать требуемую угловую коллимацию. [2]
Пластиковые сцинтилляторы часто используются для отражения заряженных частиц, в то время как более толстый CsI, германат висмута («BGO») или другие активные экранирующие материалы используются для обнаружения и наложения вето на гамма-события некосмического происхождения. Типичная конфигурация может иметь сцинтиллятор NaI, почти полностью окруженный толстой защитой от совпадений из CsI с отверстием или отверстиями, позволяющими желаемому гамма-лучам проходить от исследуемого космического источника. Пластиковый сцинтиллятор может быть использован поперек фронта, который достаточно прозрачен для гамма-лучей, но эффективно отклоняет высокие потоки протонов космических лучей, присутствующих в космосе.
Комптоновское подавление [ править ]
В гамма-спектроскопии , подавление комптоновскога представляет собой метод , который улучшает сигнал, предотвращая [ разъяснение необходимости ] данные , которые были повреждены при помощи падающих гамма - лучей получать Compton рассеянных из мишени перед нанесением всех своей энергии. Эффект [ требуется пояснение ] состоит в том, чтобы минимизировать функцию края Комптона в данных.
Твердотельные германиевые детекторы с высоким разрешением, используемые в гамма-спектроскопии, очень малы, обычно всего несколько сантиметров в диаметре и имеют толщину от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров. Поскольку детекторы настолько малы, вполне вероятно, что гамма-лучи будут рассеиваться Комптоном за пределы детектора, прежде чем отдать всю свою энергию. В этом случае считывание энергии системой сбора данных будет недостаточным: детектор регистрирует энергию, которая составляет лишь часть энергии падающего гамма-излучения.
Чтобы противодействовать этому, дорогой и маленький детектор с высоким разрешением окружен более крупными и дешевыми детекторами с низким разрешением, обычно сцинтилляторами из иодида натрия . Основной детектор и детектор подавления работают в режиме анти-совпадения, что означает, что если они оба обнаруживают гамма-излучение, то гамма-излучение рассеивается из основного детектора, прежде чем отдать всю свою энергию, и данные игнорируются. Гораздо более крупный детектор подавления имеет гораздо большую тормозную способность, чем основной детектор, и маловероятно, что гамма-излучение рассеется так, чтобы ускользнуть от обоих устройств.
Ядерная физика и физика элементарных частиц [ править ]
Современные эксперименты в области ядерной физики и физики частиц высоких энергий почти всегда используют быстрые схемы антисовпадений для наложения вето на нежелательные события. [3] [4] Желаемые события обычно сопровождаются нежелательными фоновыми процессами, которые должны подавляться огромными факторами, от тысяч до многих миллиардов, чтобы разрешить обнаружение и изучение полезных сигналов. Экстремальные примеры такого рода экспериментов можно найти на Большом адронном коллайдере , где огромные детекторы Atlas и CMS должны с очень высокой скоростью отбрасывать огромное количество фоновых событий, чтобы изолировать очень редкие искомые события.
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Лоуренс Э. Петерсон, Инструментальная техника в рентгеновской астрономии . Ежегодный обзор астрономии и астрофизики 13 , 423 (1975)
- ^ [1] KJ Frost и ED Rothe, Детектор для экспериментов по астрономии гамма-лучей низких энергий, Proc. 8-й симпозиум по сцинтилляционным счетчикам, Вашингтон, округ Колумбия, 1–3 марта 1962 г. IRE Trans. Nucl. Sci., НС-9, № 3, стр. 381-385 (1962)
- ^ Э. Сегре (ред.). Экспериментальная ядерная физика, 3 тт. Нью-Йорк: Wiley, 1953-59.
- ^ Э. Сегре. Ядра и частицы. Нью-Йорк: В. А. Бенджамин, 1964 (2-е изд., 1977).
Внешние ссылки [ править ]
