Transcript Дипломная работа

Детектор заряженных частиц
на основе
сцинтилляторов
с включением в них
спектросмещающих световодов
и лавинных фотодиодов
Обоснование разработки
 Получение информации о профиле пучка
 Получение информации о количестве проходящих
частиц
 Уменьшение влияния материала счётчика на пучок
 Увеличение быстродействия
Структура канала 211
6
7
5
3 4
2
1
Рисунок 1.Структура канала 211
1-первый дублет квадрупольных линз Б210И1, Б210И2, 2- первый поворотный
магнит СП-12, 3-место установки счетчика, 4-коллиматор КГ-50, 5-корректирующая
линза, 6- второй поворотный магнит СП-12, 7-второй дублет квадрупольных линз
МЛ-16.
100
100
100
ФЭУ
ФЭУ
Рисунок 2. Ранее использовавшиеся счетчики
в первом
фокусе системы
Принцип работы сцинтилляционного счетчика
на основе твёрдого органического
сцинтиллятора
 Работа основана на эффекте сцинтилляции
 Сцинтиллятор-вещество, излучающее свет при
поглощении ионизирующего излучения
 Толщина пластин мала, воздействие на пучок
незначительное.
 При попадании заряженной частицы молекула
переходит в возбуждённое электронное состояние,
возвращается в первоначальное при испускании
фотона высокой энергии
 Шифтер преобразует ультрафиолетовое излучение в
видимый свет.
Конструкция детектора
составные части:
 Чувствительная область-сборка
сцинтиллирующих пластин,
спектросмещающих волокон и
фотоприемников
 Плата усиления и обработки сигнала
 Корпус
Чувствительная область
сцинтиллятор
Рисунок 3. Чувствительная
область детектора - сборка
сцинтиллирующих пластин
фотодиод
световод
Рисунок 4. Сцинтиллятор в сборе
с фотоприемником и
спектросмещающим волокном
Характеристики фотодиодов
MRS APD CPTA 140-40







Достоинства:
-высокая квантовая эффективность
-малое время отклика
-высокая чувствительность
-компактный размер
-возможность применения в магнитных полях
-полное восстановление после интенсивного воздействия света.




Недостатки:
-значительный уровень шумов
-разброс характеристик между экземплярами
-зависимость напряжения пробоя от температуры.
Рисунок 5. Структура кристалла ЛФД
D
N
G
A
D
N
G
A
1
ti_10
R49
1
1
A
C108
1
F
p
0
0
D
N
G
0
0
D
F
C103
Vin
0
1
F
p
0
p
Vout
0
N
G
1
G
0
to_10
D
G
N
F
D
A
C
N
B
0
p
N
C29
0
C17
9
0
C109
A
D
U
0.1uF
0
0.1uF
C18
C19
N
G
A
G
0
to_5
R44
79LXX
N
0
C104
ti_5
D
0.1uF
0
1
0.1uF
v
3
.
6
x
F
u
0
2
2
v
3
.
6
x
3
V
R43
+
3
A
1
MC7805T
1
9.09k
U
C102
1
Q
R63
ti_3
A
R71
R42
1
A
78LXX
OUT_4
1
R62
3
2
2
0.1uF
1
+
0.1uF
R67
ti_2
0.1uF
R41
P
C26
A
A
1
Vin
3
C100
Q
Q12
to_6
LED2
Рисунок 6. Принципиальная электрическая схема
D
N
G
2
Led
CH_4
bfs17
3
R74
0
6
A
D
N
D
G
N
4
0
3
0
1
5
6
C
N
0
-
A
7
B
D
N
G
0
7
bfs17
8
C
V
R82
R78
6
D
8
D
5
D
N
G
3
A
D
D
0
R83
R60
XC9572-7PC44C(44)
N
0
G
OUT_3
D
D
G
1
3
bfs17
D
A
1
0
3
2
0
5
R79
Q
k
1
3
9
7
1
1
0
D
5
R70
1
0
9
D
R75
R61
D
N
G
N
G
Q11
D
R66
O
I
Q
ti_7
N
O
I
G
K
ti_8
N
N
G
G
O
I
K
to_6
V
E
1
IN-
In_3
A
R105
Out
1
4
IN+
1
1
A
D
N
G
A
R104
IO/GTS1
5
to_8
2
IO/GSR
9.09k
2
O
8
9
bfs17
7
6
D
N
G
O
I
O
-
A
C
V
3
3
0
4
O
I
IO/GTS2
3
5
D
N
G
O
I
9
2
2
4
0
7
O
I
bfs17
R73
3
D
OUT_3
OUT_4
2
7
O
I
8
2
9
3
Led
3
0
1
5
0
1
5
2
Q
DIOD
R59
O
I
6
2
A
R81
R77
R69
4
D
1
to_9
O
I
O
I
k
to_3
5
2
9
O
I
O
I
ti_3
4
2
8
ti_9
bfs17
R58
O
I
0
9
3
D
N
G
A
4
CH_3
bfs17
6
Q
O
I
O
I
to_4
2
2
3
CH_2
Q10
R65
O
I
O
I
7
0
0
1
C
C
V
OUT_2
ti_4
0
2
2
CH_1
O
I
O
I
IN-
5
1
6
1
OUT_2
9
1
1
to_7
8
In_2
3
P
0
6
D
N
G
2
P
C
O
I
4
clk
AD8564
9
1
8
1
C
7
3
ti_5
C
C
V
1
1
0
2
N
O
I
3
to_5
clk
YP1
MXO-55GA
UA1D
5
2
2
2
B
D
N
G
A
8
3
ti_6
T
U
CH_3
0
0
0
R132
3
2
4
2
2
6
2
N
4
3
N
I
0
0
R122
13X2
Header
B
3
4
4
C
C
-
9.09k
R50
2
0
0
2
D20
7
AD8564
1
3
A
3
1
2
C
V
A
A
D
N
G
A
UA1E
1
1
W
R123
C
0
6
IN+
0
0
1
+
A
C
V
C
C
V
0
C37
C36
C35
C34
D
N
G
A
0
R133
+
A
C
UA1A
0
0.1uF
0.1uF
0.1uF
0.1uF
V
-
A
C
V
0
2
C41
C40
C39
4
1
1
1
C38
Va+
Va-
V
N
5
3
Out
R106
5
-
A
C
V
0.1uF
0.1uF
0.1uF
0.1uF
C
C
V
Vd+
D
N
G
6
C
G
4
IN-
5
1
6
1
D
N
G
A
-
A
C
V
AD8564
3
V
A
k
N
D
R45
R40
D
F
p
0
0
C105
0
0
1
ti_6
to_1
ti_1
AD8564
In_4
0
1
0
R107
0
0
1
D
D
N
G
A
1
F
p
0
0
1
+
A
C
V
N
bfs17
F
p
0
0
C106
to_7
R46
D
N
G
0
0
1
G
D
N
G
A
1
0
0
1
ti_7
to_2
Vout
8
U
A
to_8
R47
F
p
C32
C31
G
N
bfs17
C107
0
0
1
ti_8
D
N
G
0
0
C101
0
0
N
C
N
B
6
P
G
2
F
p
0
0
1
F
p
to_3
v
3
.
6
x
F
u
0
2
2
D
1
6
U
A
D
N
G
A
D
N
G
0
0
0
0
2
C30
Vin
MC7805T
G
R48
Vin
3
C
C
V
A
to_9
ti_9
to_4
ti_4
5
P
-
A
C
1
G
+
V
N
C25
5
D
0.1uF
V
7
v
3
.
6
x
C24
+
5
D
N
G
F
u
0
1
+
2
C28
A
F
0
2
u
0
2
2
C27
A
A
V
2
+
R103
O
I
IO/GCK3
Out
3
1
4
1
0
0
1
D
N
G
A
OUT_1
8
1
7
to_10
CH_2
5
D
N
G
A
O
I
IO/GCK2
IN+
1
1
2
1
to_2
4
1
6
ti_10
7
R102
O
I
IO/GCK1
9
0
1
0
0
5
ti_2
3
1
5
CH_4
7X2
HEADER
VCCINT
VCCINT
D
N
G
A
O
I
7
8
VCCIO
R121
0
0
2
-
A
C
V
to_1
2
1
UA1C
O
I
TMS
1
ti_1
1
1
6
A
D
N
G
TDI
2
1
1
1
4
R131
3
4
1
3
1
5
6
5
1
0
7
2
TDO
TCK
0
1
9
1
2
9.09k
0
3
7
1
R72
1
D
bfs17
2
1
1
8
7
3
4
2
3
U
IP1
0
6
3
0
1
5
0
1
5
1
Q
R57
6
5
0.1uF
AD8564
D
N
G
A
R80
R76
R68
2
D
4
3
k
1
D
N
G
A
2
1
0
0
1
OUT_1
bfs17
R56
IN-
0
9
3
D
N
G
A
C14
C
C
V
JP1
1
In_1
bfs17
5
Q
R101
Out
CH_1
4
0
0
1
Q
R64
IN+
R100
A
5
2
A
R120
UA1B
A
1
1
R130
A
R26
uH
100
C21
K1156EY5
V
5
G
A
9
C
C
V
2
D
N
G
0
0
1
P
C
N
B
0
0
D
N
G
D
N
G
A
F
n
0
0
1
A
D
N
G
k
0
v
0
1
x
F
u
0
0
0
D
N
G
A
D
N
G
D
N
G
COMP
C
C
6
Uin
6
1
4
C22
R
7
C
C
8
D
G
F
p
0
8
P
A
C
3
1
1
1
K
7
2
R22
R23
R24
2
E
2
R21
2
C
1
1
1
U
D
N
G
A
D
N
G
A
D
N
G
A
D
N
G
2.7M
R20
F
0
1
n
A
D
N
F
n
0
1
F
4
R
3
L
D
N
G
A
n
8
D
N
0
G
A
k
0
0
G
1
4
A
R25
F
n
0
D
1
A
N
C
uH
100
D
1
C11
N
G
4
F
n
F
n
L
0
0
1
0
0
C13
D
C12
N
1
D
N
G
A
D
N
G
A
k
0
3
k
0
3
k
0
3
k
0
3
7
C
3
C
k
0
0
1
R12
R11
R10
9
R
TRANS_RM-X
D
N
G
A
D
N
G
A
D
N
G
A
F
n
0
0
1
3
R
C10
uH
100
F
n
0
1
F
n
0
1
250v
10uFx
6
C
2
C
k
0
0
1
C23
HEF108
D
N
G
A
D
N
G
A
2
L
D
N
G
A
D
N
G
A
2
R
A
A
V
k
0
5
k
0
5
k
0
5
k
0
5
1
T
9
D
F
n
0
0
1
8
R
7
R
6
R
5
R
F
n
0
0
1
C33
F
n
0
1
F
n
0
1
9
C
5
C
1
C
k
0
0
1
uH
100
1
R
3
.
6
x
F
u
0
0
0
1
1
L
C15
D
N
G
A
Обработка сигнала
Сцинтиллятор
Предусилитель
Дискриминатор
ЛФД
Микросхема
Источник
питания
Регулятор уровня
порогового
сигнала
Вывод информации
Рисунок 7. Схема обработки сигнала
Рисунок 8. Общий вид детектора
Эксперимент с β-источником
Детектор №1
Детектор №2
Рисунок 9. Схема проведения
эксперимента
Рисунок 10. Схема экспериментальной
установки
Число событий
Число событий
Результаты эксперимента
Каналы АЦП
Рисунок 11. Сигнал с детектора
№1
(триггерный)
Каналы АЦП
Рисунок 12. Сигнал с детектора
№2
Каналы АЦП
Каналы АЦП
Число событий
Число событий
Рисунок 13. Двумерная гистограмма амплитуд сигналов с детекторов.
Каналы АЦП
Рисунок 14.
Спектр β-частиц (детектор №1)
Каналы АЦП
Рисунок15
Результирующий спектр (при условии, что в
детекторе №1 частицы с амплитудой >200)
Измерения при различном расположении источника
Число событий
Рисунок 16. Схема проведения эксперимента.
Каналы АЦП
Рисунок 17. Спектры с первого диода для разных положений источника относительно счетчика.
Заключение
 Разработан детектор заряженных частиц,
определены его основные свойства
 Изготовлена часть сцинтилляционных счетчиков
 Установлено, что отклик детектора по всему
объему является однородным.
 Проведены выборочные калибровки, принято
решение о дальнейшем производстве
полноразмерного модуля
 Была определена эффективность регистрации для
двух пластин, которая составляет
от 99.1% до 99.5 %.