BUDOWA I OPIS DZIAŁANIA UKŁADU DOŚWIADCZALNEGO
Budowa układu doświadczalnego służącego do wyznaczenia punktu pracy
Każdy ze scyntylatorów połączony jest za pomocą światłowodu z fotopowielaczem (rys. 3.2.5, rys. 3.2.6).
Sygnał analogowy wychodzący z fotopowielacza (rys. 3.2.7, kanał I) podawany jest na dyskryminator, a następnie już jako sygnał cyfrowy (rys. 3.2.7, kanał II) wchodzi do układu koincydencyjnego.
Przed wejściem do modułu koincydencji znajduje się przełącznik umożliwiający ustawienie odpowiednich koincydencji (1-2, 1-3, 2-3, 1-2-3). Następnie sygnał podawany jest do licznika impulsów.
Opis działania układu doświadczalnego służącego do wyznaczenia punktu pracy
Cząstka
jonizująca przechodząc przez scyntylator wywołuje w nim krótkotrwały błysk
światła (scyntylacje) na skutek zjawiska luminescencji. Powstałe w
scyntylatorze fotony za pomocą światłowodu doprowadzane są do fotopowielacza
i zamieniane na sygnał elektryczny. Dalej za pomocą dyskryminatorów sygnały
analogowe są zamieniane na sygnały cyfrowe. Wysokość progu dyskryminacji
musi być tak dobrana, żeby zniwelować szum fotopowielaczy, jak również, aby
nie spowodować ignorowania właściwych impulsów. Szerokość wychodzących z
dyskryminatorów impulsów cyfrowych wynosi 50ns z wyjątkiem dyskryminatora
#2, którego impulsy mają długość 100ns. Impuls nie może być zbyt wąski,
gdyż w takim przypadku jeden impuls z fotopowielacza mógłby dawać kilka
impulsów cyfrowych. Nie może być również zbyt szeroki, ponieważ zwiększyłoby
to prawdopodobieństwo zaistnienia przypadkowych koincydencji. Sygnały wychodzące
z dyskryminatorów wchodzą do modułu koincydencji. W przypadku zaistnienia
ustawionej za pomocą przełącznika koincydencji na wyjściu układu
koincydencyjnego pojawia się sygnał, który jest zliczany przez licznik impulsów.
Budowa układu doświadczalnego służącego do pomiaru czasu życia mionów
Układ
ten (rys. 3.2.8, rys. 3.2.2) jest modyfikacją poprzedniego układu. Sygnał
pochodzący z licznika scyntylacyjnego #2 po przejściu przez dyskryminator jest
negowany za pomocą bramki NOT. Wyjście modułu koincydencji zamiast z
licznikiem impulsów połączone jest z modułem TDC
(time – to – digital converter), który za pomocą kontrolera CAMAC połączony jest z komputerem.
Dla
przejrzystości schematu przełącznik znajdujący się w module koincydencyjnym
nie został narysowany, gdyż do pomiaru czasu życia mionów potrzebne są
sygnały pochodzące z wszystkich trzech liczników scyntylacyjnych.
Opis działania układu doświadczalnego służącego do pomiaru czasu życia mionów
Poprzez modyfikację układu logicznego połączonego z detektorem scyntylacyjnym, układ zamiast zliczać cząstki przechodzące przez detektor w ustalonym czasie mierzy czas życia mionów. Detektor jest czuły na większość cząstek jonizujących przez niego przechodzących, więc układ logiczny musi być tak skonfigurowany, żeby akceptował tylko miony, które zatrzymają się w detektorze, a następnie się rozpadną.
Gdy
mion zatrzyma się w detektorze (rys. 3.2.9) na wyjściu fotopowielaczy #1 i #3
pojawią się impulsy. Pojawienie się dodatkowo impulsu na fotopowielaczu #2
oznaczałoby, iż cząstka przeszła przez detektor (rys. 3.2.9.a). Aczkolwiek w
detektorze może zatrzymać się dowolna cząstka np.: elektron, który nie
ulega rozpadowi (rys. 3.2.9.c), więc oprócz sygnału nadejścia cząstki musi
pojawić się sygnał rozpadu cząstki. Rozpad mionu może dać impuls na wyjściu
fotopowielacza #2 (rys. 3.2.9.d), fotopowielacza #3 (rys. 3.2.9.e) bądź
fotopowielaczy #1 i #3 (rys. 3.2.9.f) w zależności od tego, w którą stronę
poleci elektron pochodzący z rozpadu mionu. Jednakże w przypadku pojawienia się
impulsu na wyjściu fotopowielacza #2 nie jesteśmy w stanie odróżnić czy
mion zatrzymał się i uległ rozpadowi, czy po prostu jakaś cząstka przeszła przez
detektor. Dlatego też sygnałem rozpadu mionu będzie pojawienie się dwóch
kolejnych impulsów jedynie na wyjściu fotopowielaczy #1 i #3 (elektron
emitowany podczas rozpadu mionu poleci w górę).
Na wejściu układu
koincydencyjnego muszą się jednocześnie pojawić sygnały #1, #3 i negacja
#2, aby na wyjściu pojawił się sygnał START lub STOP dla modułu TDC (rys.
3.2.10.a).
Opóźnienia impulsów są tak dobrane, żeby wchodziły one do modułu koincydencji w tej samej chwili (przewody, przez które przesyłane są sygnały powodują różne opóźnienia, które wyrównuje się za pomocą jednostek opóźniających). W przeciwnym wypadku układ koincydencji nie dawałby sygnału START / STOP w momencie zatrzymania i rozpadu mionu. Ponadto impuls pochodzący z dyskryminatora #2 pojawia się pierwszy i trwa dłużej od pozostałych impulsów. Ma to na celu zminimalizowanie ilości przypadkowych koincydencji spowodowanych np.: przez dwa miony przechodzące przez detektor w bardzo krótkim odstępie czasu.
Po
pojawieniu się sygnału START uruchamiany jest licznik. Jednak może to być
spowodowane zatrzymaniem się dowolnej cząstki, która się nie rozpadnie. Wówczas
z powodu braku sygnału STOP licznik przepełni się i zostanie zresetowany. Gdy
w odpowiednio krótkim czasie (max 8192 zliczeń40ns
330
)
po sygnale START nadejdzie sygnał STOP zostanie otrzymany czas
, który podany będzie w jednostkach własnych
TDC (1bit = 40ns). Następnie informacja zostanie przekazana do komputera i
zapisana na dysku. Warto zwrócić uwagę na to, iż sygnał START jest opóźniony
o
=111ns względem sygnału STOP
(rys. 3.2.11). Opóźnienie to jest konieczne, gdyż podanie jednocześnie sygnału
START i STOP na TDC nie miałoby sensu, ponieważ licznik w momencie
uruchomienia byłby od razu zatrzymywany. Zmierzony czas jest tak naprawdę
czasem pomniejszonym o wartość opóźnienia
=111ns, jednak fakt ten nie ma wpływu na wynik obliczeń średniego
czasu życia mionów, gdyż interesuje nas jedynie stała zaniku krzywej
eksponencjalnej.