Устройство детектирования высокоэнергетических частиц

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гришин Сергей Александрович Селянтьев Владислав Алексеевич Батищев Алексей Григорьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство детектирования высокоэнергетических частиц, содержащее сцинтилляционный кристалл, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, блок совпадения/несовпадения, отличающееся тем, что дополнительно содержит, как минимум, еще один фотоэлектронный умножитель, оптически связанный со сцинтилляционным кристаллом, как минимум, два блока усиления фотоэлектронных умножителей, содержащие преобразователь к стандартуи состоящие из аналогового и цифрового каналов,причем цифровой канал имеет два выхода, входы блоков усиления фотоэлектронных умножителей электрически связаны с соответствующими фотоэлектронными умножителями, а выходы как цифровой, так и аналоговый электрически связаны с блоком совпадения/несовпадения, аналоговые выходы которого электрически связаны с аналого-цифровым преобразователем, выход которого электрически связан с процессорным модулем, а цифровой выход блока совпадения/несовпадения электрически связан с процессорным модулем,выходы которого электрически связаны с блокомпередатчиков и блоком автокалибровки, электрически связанным со входами блоков усиления фотоэлектронных умножителей. 81532012.04.30 Полезная модель относится к области систем мониторинга состояния космической погоды и может применяться для детектирования высокоэнергетических частиц в околоземном пространстве. Данное устройство может применяться в системах, устанавливаемых на борту космических аппаратов, и использоваться для обнаружения, анализа и определения типа и природы высокоэнергетических частиц. Наиболее близким по своей сущности является устройство обнаружения излучения 1, состоящее из двух отдельных каналов, включающих сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и анализатор высоты импульсов, а также схемы совпадений, цифрового осциллографа и персонального компьютера. Данное устройство обладает низкой выборочностью, т.к. фиксирует высокоэнергетические частицы только в случае совпадения амплитуд сигналов по каждому из каналов,детектирование невозможно при автономном и удаленном использовании, в частности на борту космического аппарата, в системе отсутствует самокалибровка. Техническая задача, которую позволяет решить полезная модель, - увеличение выборочности устройства детектирования высокоэнергетических частиц с одновременным повышением точности и надежности устройства, возможность автономного использования устройства с дистанционным контролем и управлением. Техническая задача решается тем, что устройство детектирования высокоэнергетических частиц, содержащее сцинтилляционный кристалл, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), блок совпадения/несовпадения, дополнительно содержит,как минимум, еще один ФЭУ, оптически связанный со сцинтилляционным кристаллом,как минимум, два блока усиления фотоэлектронных умножителей (БУФ), содержащие преобразователь к стандартуи состоящие из аналогового и цифрового каналов,причем цифровой канал имеет два выхода, входы БУФ электрически связаны с соответствующими ФЭУ, а выходы как цифровой, так и аналоговый электрически связаны с блоком совпадения/несовпадения, аналоговые выходы которого электрически связаны с аналогоцифровым преобразователем, выход которого электрически связан с процессорным модулем, а цифровой выход блока совпадения/несовпадения электрически связан с процессорным модулем, выходы которого электрически связаны с блокомпередатчиков и блоком автокалибровки, электрически связанным со входами БУФ. Совокупность указанных признаков позволяет достичь решения поставленной задачи за счет увеличения количества информации о пролетевшей частице, анализа формы импульса зарегистрированной частицы, накопления и анализа полученной информации в самом устройстве, наличия дистанционно перепрограммируемого алгоритма обработки информации, возможности самотестирования и калибровки в ходе эксплуатации. Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой представлена блок-схема устройства. Устройство детектирования высокоэнергетических частиц содержит сцинтилляционный кристалл 1, оптически связанный с фотоэлектронными умножителями 2, электрически связанные с блоками усиления фотоэлектронных умножителей 3, содержащие преобразователь к стандартуи состоящие из аналогового и цифрового каналов. Два выхода цифрового канала и выход аналогового канала БУФ 3 электрически связаны с блоком совпадения/несовпадения 4, аналоговые выходы которого электрически соединены со входами аналого-цифрового преобразователя 5, а цифровой выход - с процессорным модулем 6, вход которого электрически соединен с аналого-цифровым преобразователем 5, а выходы - со входом блокапередатчиков 8 и входом блока автокалибровки 7, выходы которого электрически соединены со входами блоков усиления фотоэлектронных умножителей 3. Принцип работы устройства детектирования высокоэнергетических частиц. При пролете частицы из окружающей среды через сцинтилляционный кристалл 1 формируется световое излучение, которое преобразовывается фотоэлектронными умножите 2 81532012.04.30 лями 2 в электрический сигнал, который поступает на соответствующие блоки усиления фотоэлектронных умножителей 3. Каждый блок усиления фотоэлектронных умножителей 3, состоящий из аналогового и цифрового каналов, после обработки электрических сигналов выдает на выход один усиленный аналоговый сигнал и два цифровых сигнала, информирующих о превышении амплитуды сигнала установленных пороговых значений. Цифровые сигналы перед тем, как попасть на выход блоков усиления фотоэлектронных умножителей 3, преобразовываются к стандарту . Аналоговые и цифровые сигналы поступают с каждого блока усиления фотоэлектронных умножителей 3 в блок совпадения/несовпадения 4, где происходит анализ комбинации свойств сигналов, поступивших от разных блоков усиления фотоэлектронных умножителей 3, и полученная информация передается на процессорный модуль 6. Конкретные комбинации свойств поступивших сигналов могут программироваться как при изготовлении, так и дистанционно в процессе эксплуатации устройства. Для возможности анализа формы поступивших сигналов аналоговые сигналы поступают также на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 и после оцифровки - на процессорный модуль 6. После анализа полученной информации с процессорного модуля 6 она передается с помощью блока 8 для дальнейшей обработки и передачи на Землю. Блок автокалибровки 7 используется для первичной и последующих тестирований и калибровок устройства. Сигнал начала калибровки поступает от процессорного модуля 6 в блок автокалибровки 7, после чего последний имитирует сигналы на входы блоков усиления ФЭУ 3, и информация, проходя по всем каналам преобразования, попадает на процессорный модуль 6, где сравнивается с контрольными значениями. Калибровка устройства производится в случае, если пришедшие сигналы отклонены от нормы на величины, превышающие допустимые значения. Для первичной настройки и управления на Земле к устройству подключается персональный компьютер и производится отработка всех режимов, в том числе и работа системы автокалибровки 7. При работе на борту космического аппарата управление устройством производится удаленно посредством промежуточных систем, подключаемых вместо персонального компьютера. В конкретном исполнении в качестве сцинтилляционного кристалла 1 использовался полистирольный сцинтиллятор марки ИФВЭ-СЦ-201 с высокой прозрачностью фотоэлектронные умножители 2 - это ФЭУ 85 ОД 0.335.648 ТУ, блоки усиления ФЭУ 3 выполнены с использованием стандартных микросхем, блок совпадения/несовпадения 4 выполнен на основе микросхем стандартной логики аналого-цифровой преобразователь 5 - это унифицированная плата в формате /104 10412 процессорный модуль 6 - это одноплатный компьютер 306-01, выполненный в формате /104, блок автокалибровки 7 выполнен с использованием стандартной схемы генератора импульсов специальной формы блокпередатчиков 8 выполнен на микросхемах 74245 и 659638. Достоинством данного устройства является более высокая и динамичная выборочность в виду возможности анализа высокоэнергетической частицы, зафиксированной не только всеми, но и некоторыми из используемых ФЭУ (в т.ч. и одним), а также благодаря гибкости алгоритма обработки информации и возможности внесения корректировок в процессе эксплуатации. Точность и полнота информации увеличиваются с увеличением числа ФЭУ. Устройство способно работать как автономно, так и под внешним управлением и снабжено блоком автокалибровки, что увеличивает не только точность получаемой информации, но и время стабильного функционирования устройства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3