WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Сравнивая ожидаемое количество пятен в верхних рядах SXF от ядер с зарядом выше заданного Z с реальной интенсивностью пятен, получаем пороговое значение Z15, которое хорошо совпадает с оценкой чувствительности SXF по работе [8]. Поток от ядер железа, падающий на камеру, составляет ~90 тыс. частиц. Согласно расчету, есть небольшая вероятность, что легкие ядра (Z~7) при остановке непосредственно в слое сцинтилляционной пленки (x=0.24 г/см2) могут имитировать железо или близкую группу с Z=2125.

Эффект множественного рассеяния влияет на прослеживание треков в камере. Чем выше импульс частиц, тем меньше отклонение при рассеянии; для ядра железа с энергией E=2 ГэВ/нуклон отклонение dx в 10 ряду мишени составит ~0.5 мм для угла падения cos=0.5. В 5 главе будет показано, что прослеживаются только «прямые» треки, точки которых ложатся на прямую с ошибкой <100 мкм, а поиск предсказания в следующем ряду ведется в радиусе 150300 мкм.

На основе сделанных расчетов получено соотношение трех величин: число провзаимодействовавших ядер в слое N вещества над SXF пленкой, остановившихся частиц в этом же слое и число частиц, дошедших до слоя N без взаимодействия. Эти соотношения зависят от угла падения частицы и от номера ряда N. Экспериментальная кривая интенсивности треков по рядам хорошо согласуется с расчетными значениями, поправленными на эффективность прослеживания, см. рис. 3.

Однако, если тяжелые ядра с Z>Zпор однозначно оставляют след в SXF пленке и эмульсии, то остается вопрос, сможем ли мы находить и отбирать события, провзаимодействовашие в слое вещества над ядерной эмульсией. Отбор вершин будет производиться на глаз по изображению в эмульсии, поэтому был произведен дополнительный расчет пространственного распределения вторичных однозарядных частиц и фрагментов в ядерной эмульсии, образовавшихся в середине слоя стали над слоем ядерной эмульсии, для железа энергии 1100 ГэВ/нуклон. Получено принципиальное ограничение метода для отбора вершин взаимодействия в эмульсии, возникающее из-за малой плотности вторичных фрагментов и однозарядных частиц при низких энергиях: мы сможем отбирать лишь взаимодействия c энергией более 510 ГэВ/нуклон, и эта граница расплывчата и зависит от ряда факторов.

В пятой главе описан алгоритм трекинга – восстановления траекторий частиц в камере и его программная реализация. Задача алгоритма – связать разрозненные пятна на разных рядах SXF в треки.

Пленка SXF это двухслойная рентгеновская пленка, окруженная с обеих сторон сцинтилляционными экранами, поэтому заряженное ядро, проходя через такой детектор, засвечивает пленку с двух сторон и оставляет двойное пятно потемнения.

Процедура трекинга начинается с объединения пятен в пары, находящихся друг от друга не далее характерного расстояния Rэфф, которое должно быть меньше расстояния между случайными пятнами Rслуч. Для данной плотности 200 пятен/см2 изотропное распределение пятен соответствует Rслуч=710 мкм; к счастью, реальное распределение расстояний между пятнами имеет максимум при R=250 мкм, что говорит о неравномерном расположении пятен – пятна действительно группируются в группы. Rслуч накладывает ограничение на максимальный азимутальный угол прослеживаемых треков, мы не можем отбирать двойные пятна с R~Rслуч. Также есть ограничение на минимальный угол, двойные пятна от вертикальных частиц будут сливаться в одно при tg<Rпятна/hпленки, где Rпятна=100 мкм – средний размер пятна, hпленки=270 мкм – эффективное расстояние между сцинтилляторами. Получаем принципиальное ограничение на диапазон углов 0.35<tg<0.9.

После объединение пятен в пары в первом ряду, зная эффективную толщину подложки hпленки и расстояние между пятнами R, вычисляем первоначальное направление трека. Далее продлеваем трек от ряда к ряду, на каждом уровне выбирая наиболее подходящее двойное пятно. Поиск обрывается, когда невозможно найти кандидата в очередном ряду. Алгоритм трекинга реализован в сложной программе SXFtrace, написание которой столкнулось с многими проблемами: большой объём данных, оптимизация по скорости, слипание и попадание грязи на пятна в отдельных слоях, отсев ложных треков, ошибочный выбор следующего кандидата, вопрос оптимальных параметров и др. Разработка алгоритма проходила многие стадии тестирования и доработок. Для минимизации потерь треков при прослеживании в алгоритм были внесены следующие усовершенствования: при продлении допускается пропуск в отдельных слоях, прослеживание начинается с разных рядов, прослеживание ведется как вниз, так и вверх по камере. Эти дополнения позволили найти дополнительно 30% треков.

Отдельной задачей была верификация найденных треков: связанные треки были визуально проверены по фотографиям SXF, проверены по ядерной эмульсии. 99% треков в проанализированной выборке были найдены в ядерной эмульсии.

Рис. 3. Экспериментальные данные и расчетная кривая для интенсивности треков по рядам. Расчеты для 0.35<cos<0.85 с учетом фрагментации и множественного рассеяния.

Приведены результаты обработки SXF пленок камеры RUNJOB 1996. Количество треков найденных в 5 ряду камеры составляет около 30 тысяч. На рис. 3 показано число треков прослеженных до определенного ряда. Как показал анализ найденных треков, до 5 ряда существенную часть связанных пятен составляют ложные треки, поскольку между этими рядами отсутствует стальные листы, они близко расположены по высоте друг от друга, а, следовательно, вероятность случайного выстраивания пятен на прямую очень велика.

Начиная с пятого ряда, интенсивность треков по ядрам хорошо согласуется с расчетной кривой, см. рис. 3. Расчет соответствует интенсивности треков в рабочем диапазоне углов прослеживания треков 0.35<cos<0.85, с учетом фрагментации, множественного рассеяния, слипания близких пятен.

Так как, согласно расчетам доля остановившихся ядер в рядах мишени очень мала, оборвавшиеся треки служат для целеуказаний поиска вершин взаимодействия в эмульсии. Расчет целеуказания точки взаимодействия производится в слой эмульсии лежащий сразу над пленкой SXF, в которой трек оборвался. Для 510 рядов это порядка 25 тысяч целуказаний в ядерную эмульсию.

В шестой главе приведен результат поиска вершин взаимодействия в эмульсии на основании целеуказаний по SXF пленкам. Поиск вершин происходит в полуавтоматическом режиме: следуя карте предсказаний, микроскоп выезжает в нужное место на ядерной пленке, а по изображению на мониторе компьютера ищем точку взаимодействия – струю заряженных частиц. Время анализа одного целеуказания ~30 сек, это время в основном уходит на анализ изображения на мониторе, точность выезда в вершину ~100 мкм. По ограниченной статистике были найдены вершины взаимодействия, остановившиеся частицы, потерянные и ложные следы в эмульсии; в процентном соотношении эти классы событий соответствуют расчетным оценкам.

Проведена оценка заряда зарегистрированных событий с точностью до зарядовой группы. Показано, что регистрируемые события имеют Z>17.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации, полученные в работе и выносимые на защиту.

1. С участием автора обработано 40% статистики эксперимента RUNJOB и построены спектры ПКИ в интервале энергий 301000 ТэВ/частицу.

2. С активным участием автора построен, налажен и оттестирован Полностью Автоматизированный Измерительный Комплекс (ПАВИКОМ) для обработки микроизображений фотоматериалов, который в настоящее время используется для обработки данных экспериментов RUNJOB, EMU15, ПЛАТАН, семейства «Страна», обработки ядерных эмульсий -спектрометра ОИЯИ (Дубна) и др.

3. Создано программное обеспечение для автоматического сканирования и анализа микроизображений, которое позволяет обрабатывать большие площади (0.5 м2) фоточувствительных материалов с высоким пространственным разрешением (7 мкм/пиксель и выше) на большой скорости (16 см2/мин).

4. Впервые на базе ПАВИКОМ разработан и оттестирован метод поиска треков и вершин взаимодействий тяжелых ядер, зарегистрированных в SXF пленках эксперимента RUNJOB.

5. Проведена обработка SXF пленок одной камеры 96 г. и по ней получены эффективность и ограничения применимости метода в условиях высокого фона ~200 пятен/см2. Показано, что метод может быть применен для получения спектров ядер с зарядом Z>17, E>10 ГэВ/н.

6. Проведено сравнение экспериментальных результатов с численным моделированием прохождения ядер через атмосферу и условий регистрации в камере и показано, что наблюдается удовлетворительное согласие распределений, полученных экспериментально и на основе расчётов.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

  1. RUNJOB collaboration. Primary cosmic ray spectra observed by RUNJOB for heavy and all particles. Proc. 26th ICRC, Salt Lake City, 1999, v.3, p.167-170
  1. RUNJOB Collaboration, Heavy primary spectra observed by RUNJOB, Proc.27th ICRC, 2001, v.5, p. 1630-1633
  1. RUNJOB Collaboration. Composition and energy spectra of cosmic-ray primaries in the energy range 10^13-10^15 eV/particle observed by Japanese-Russian joint balloon experiment, Astroparticle Physics 16 (2001) 13-46.
  1. Апанасенко А.В., Галкин В.И., Дербина В.А., Замчалова Е.А., Зацепин Г.Т., Заярная И.С., Копенкин В.В., Котунова Н.М., Манагадзе А.К., Мухамедщин Р.А., Назаров С.Н., Никольский С. И., Оседло В.И., Ошуев Д.С., Подорожный Д.М., Публиченко П.А., Ракобольская И.В., Роганова Т.М., Сажина Г.П., Свешникова Л.Г., Сухадольская В.А., Таран В.М., Яшин И.В. и др. Исследование первичных космических лучей высоких энергий в российско-японском баллонном эксперименте RUNJOB. Изв. АН сер. физ. 2001, т.63 (3), с.433-436
  1. RUNJOB Collaboration. The development of measurement system for heavy primaries identificationnwith the use of screen type films in RUNJOB experiment.Proc.27th ICRC, 2001, v.6, p.2131-2134
  1. Публиченко П.А., Галкин В.И., Дербина В.А. и др. «Исследования тяжелых ядер ПКИ», Известия РАН, сер.физ., 2002, т.66, №11, c1627-1630
  1. Galkin V.I., Kopenkin V.V., Managadze A.K., Nazarov S.N., Oshuev D.S., Publichenko P.A., Rakobolskaya I.V., Roganova T.M., Sazhina G.P., Sveshnikova L.G., Yashin I.V., Zamchalova Е.Л., Zatsepin G.T. (RUNJOB Collaboration) “Automatic searching for Fe-nucleus vertex points in balloon emulsion experiment RUNJOB“, Proc. 28th ICRC, 2003, v. 4, p. 2259-2262, Tsukuba, Japan,
  1. Galkin V.I., Kopenkin V.V., Managadze A.K., Nazarov S.N., Oshuev D.S., Publichenko P.A., Rakobolskaya I.V., Roganova T.M., Sazhina G.P., Sveshnikova L.G., Yashin I.V., Zamchalova E.A., Zatsepin G.T. (RUNJOB Collaboration) “Heavy primary spectrum obtained by "Jet Trigger" method.“, Proc. 28th ICRC, 2003, v. 4, p. 1865-1868, Tsukuba, Japan,
  1. П.А. Публиченко, В.А. Дербина, Л.Г. Свешникова, Н.Г. Полухина, К.А. Котельников «Методика автоматического сканирования рентгеновских пленок», препринт №8 ФИАН, 2003

ЛИТЕРАТУРА

[1] Т.П. Аминева, В.А. Астафьев, А.Я. Варковицкая и др. Исследование Мюонов сверхвысоких энергий, 1975

[2] A.V. Apanasenko et. al., Astrop. Phys. 16 (2001), 13-46

[3] Мурзин В.С., Сарычева Л.И., Космические лучи и их взаимодействие.

[4] Энергетические спектры и состав первичных космических лучей в области энергий выше 10 ТэВ на частицу. ЯФ т.57 №4, 1994

[5] M.Ichimura et al, Phys. Rev. D, 1993, v.48, N5, p.1949

[6] Котельников К.А. и др. "Полностью Автоматизированный Измерительный Комплекс ПАВИКОМ", Наука Производству №12 (2000)

[7] The CHORUS collaboration, The CHORUS experiment to search for - oscillation, Nucl. Instr. and Meth. A 401 (1997) 7-44

[8] M.Ichimura et al. "Possibility of screen-type X-ray film for observation of heavy cosmic ray primaries" Nucl. Instr. And Meth. A 300 (1991) 374-394


1 CCD – charge coupled device (англ.), другими словами – камера на основе ПЗС (прибор с зарядовой связью) матрицы.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»