У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ
Заказать диплом, курсовую, диссертацию


Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Понравилось
Не понравилось





Книга жалоб
и предложений

 





Название Метод регистрации частиц, сопровождающий деление
Количество страниц 105
ВУЗ МГИУ
Год сдачи 2010
Бесплатно Скачать 23201.doc 
Содержание Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 4

1. Общие принципы цифровой обработки сигнала 14

1.1 Аналоговые и цифровые методы обработки сигнала 14

1.2 Аппаратные средства ЦОС систем для IBM PC 16

1.3 Программное обеспечение ЦОС систем для IBM PC 24

1.4 ЦОС-алгоритмы, для эмуляции работы наиболее распространенных в эдерно-физическом эксперименте электронных блоков 33

1.5 Выводы к главе 1 43

2. Цифровой спектрометр для регистрации легких заряженных частиц, сопровождающих деление 45

2.1 Свойства CsI(Tl) . 45

2.2 Изучение люминесцентных свойств кристалла

CsI(Tl) цифровыми методами 49

2.3 Применение кристалла CsI(Tl) в спектрометре

для регистрации тройного деления 63

2.4 Изучение тройного деления 232Th 71

2.5 Выводы к главе 2 77

3. Цифровой спектрометр для регистрации мгновенных нейтронов деления 79
3.1 Установка для отработки алгоритмов полученияамплитудных распределений и п-у разделения 80
3.2 Изучение отклика спектрометра 83

3.3 Разделение нейтронов и у-квантов 87

3.4 Время-пролетные измерения 96 3.5В ыводы к главе 4 101

Заключение 102

Список литературы 105



ВВЕДЕНИЕ

Почти все события деления сопровождаются эмиссией легких частиц, если принять во внимание нейтроны, испаряющиеся из осколков. Этот процесс вызывает наибольший интерес для понимания динамики процесса деления. Эмиссия легких частиц является поставщиком уникальной

^ информации о ранних стадиях эволюции делящейся системы.

Энергетические и угловые распределения частиц, сопровождающих деление, несут в себе наиболее прямую информацию о деформации и взаимном расположении осколков непосредственно в момент разрыва делящейся системы.

Для исследования данных событий традиционно используются системы

из двух или более (АЕ+Е) полупроводниковых детекторов [1, 2]. Такая схема эксперимента обладает низкой светосилой, и нашла свое применение при спонтанном делении и делении под действием тепловых нейтронов, где можно обеспечить необходимую для анализа статистику. Кроме того,

^ очевидным недостатком такой системы является высокий порог регистрации

легкой частицы, который определяется полным ее поглощением в АЕ детекторе. Другим примером установок данного типа являются сложные многодетекторные устройства с большой эффективностью регистрации легкой частицы [3]. Детекторы этого типа прекрасно зарекомендовали себя, однако громоздкость и сложность таких установок делает невозможным их использование на пучках не только быстрых, но и тепловых нейтронов, а
надежность и стабильность существующего на данный момент электронного оборудования ставят на этом пути принципиальный предел.

В то же время целый ряд ядер, делящихся исключительно быстрыми нейтронами, до сих пор остаются за рамками исследований. Особый интерес также вызывает зависимость выхода тройного деления от энергии возбуждения делящегося ядра, что возможно только при использовании быстрых нейтронов. В сотни раз более низкое сечение деления быстрыми нейтронами в сочетании с большим гамма фоном от нейтронной мишени и жесткими геометрическими ограничениями при работе на ускорителе приводит к необходимости разработки новых детекторных систем, отвечающих поставленным условиям.

При разработке новых методов регистрации частиц, сопровождающих деление, было осознано, что за последние годы не появлялось принципиально новых детекторов или электроники, которые позволили бы добиться качественного прогресса в экспериментальной ядерной физике. Наряду с этим происходит бурное развитие вычислительной техники и устройств дискретизации аналоговых сигналов, что позволяет принципиально изменить схему сбора и обработки экспериментальной информации. Кроме того, использование хорошо развитых математических методов, таких как Фурье анализ и метод наименьших квадратов, позволяет выделять из формы сигнала дополнительную, недоступную на сегодняшний день аналоговым методам информацию. Цифровые технологии были удачно применены в связи, звукозаписи, радиолокации. В настоящее время физики

6 начали успешно их применять при проведении ядерно-физических

экспериментов. Как аналоговый, так и цифровой методы направлены на получение определенной информации, содержащейся в форме сигнала. При аналоговой обработке сигнал проходит ряд электронных модулей, выполняющих с ним определенные манипуляции. Процесс обработки в этом случае необратим. С другой стороны, цифровые технологии позволяют воспроизвести алгоритмы работы аналоговых электронных модулей. К тому же цифровая обработка сигнала, по сравнению с аналоговой, имеет ряд преимуществ - слабая зависимость от факторов внешней среды, гибкость, компактность, большая информативность, повторяемость.

Некоторые прикладные задачи требуют аналоговых решений, так как быстродействие аналоговой электроники выше. Но, несмотря на меньшее быстродействие, при изучении таких редких событий, таких как тройное деление, применение цифровых технологий может оказаться эффективным.

В настоящей работе представлены результаты деятельности автора по разработке новых методов регистрации частиц сопровождающих деление, с использованием цифровых технологий обработки сигнала. А также опыт эксплуатации цифровых спектрометров в ядерно-физических экспериментах. Цель работы. Целью настоящей работы являлось разработка, создание и тестирование цифровых спектрометров предназначенных для регистрации частиц сопровождающих деление ядер. Исследования такого редкого явления, каковым является тройное деление, накладывает особые требования к надежности идентификации событий. Разработка методов цифрового
^ подавления фонов особенно актуальная при проведении экспериментов в

интенсивных полях быстрых нейтронов. Внедрение цифровых методов в экспериментальную ядерную физику позволило не только увеличить объем получаемой от детектора информации, но и принципиально улучшить ее качество, что позволило успешно провести ряд практических измерений

ф вероятности тройного деления.

Актуальность работы:

1) На основе технологии цифровой обработки сигналов разработан спектрометр, пригодный для регистрации частиц сопровождающих деление. Спектрометр обладает большой светосилой и способен

* эффективно работать в полях быстрых и тепловых нейтронов, позволяет

получать информацию об энергиях и углах вылета и типе легкой частицы.

2) Повышение стабильности работы спектрометра - электронные элементы, входящих в состав модулей аналоговых спектрометров меняют свои характеристики в зависимости от условий окружающей среды (температура, влажность, напряжение сети) и времени их эксплуатации. При использовании цифровых технологий, используя программные приложения, заменяющие электронные модули, стабильность работы спектрометра возрастает.

щ/ 3) Увеличение снимаемой со спектрометра информации — в аналоговой

электронике практически все имеющиеся ресурсы уже задействованы. С использованием цифровых технологий появляется возможность на новом
ф уровне проводить анализ формы импульса и извлекать из нее

дополнительную информацию, с помощью математических методов.

4) Подавление фоновых событий - в методиках, базирующихся на аналоговой электронике, развиты мощные методы подавления фоновых событий. В то же время, используя такие свойства цифровой обработки

* сигналов, как программируемое^ и повторяемость, можно выделить фоновые сигналы, детально изучить их отличия от обычных сигналов и создать алгоритм их подавления, оптимально подходящий для данной спектрометрической установки.

5) Улучшение энергетического разрешения спектрометра - эта задача всегда является актуальной. Средствами аналоговой электроники нелегко улучшить этот параметр. Средствами цифровой обработки сигналов, сконструировав индивидуальный фильтр, можно улучшить энергетическое разрешение, например, за счет подавления помех.

* 6) Улучшение функции отклика детектора - средствами цифрового анализа

формы сигналов можно попытаться выделить разные группы событий и за счет этого упростить функцию отклика спектрометра.

7) Обратимость обработки - аналоговый процесс обработки данных выполняется непосредственно в течение измерений и необратим. В случае ошибки при выборе параметров электронных блоков, из которых набирается спектрометр, происходит потеря информации. Цифровые технологии позволяют разнести во времени процесс накопления
информации и ее обработки, и экспериментатор может проводить обработку неограниченное количество раз.

8) Выделение наложенных импульсов - в аналоговой электронике существуют различные схемы подавления наложенных импульсов. А цифровые технологии, кроме больших возможностей по поиску наложенных сигналов, при повторяемости обработки, учитывая индивидуальную, для данного детектора, форму сигналов, дают в руки экспериментатора возможность значительно повысить загрузочную способность спектрометра.

9) Изучение «предыстории» события - для экспериментатора становится доступна для анализа не только область самого сигнала, но и поведение нулевой линии в интервале времени, непосредственно предшествующий моменту наступления события.

Личный вклад автора: При непосредственном участии автора: 1) Спроектирован и изготовлен сцинтилляционный детектор на основе кристалла CsI(Tl). 2) Разработаны алгоритмы и написан ряд программ для накопления информации в ходе ядерно-физического эксперимента, с использованием оцифровщика формы импульса фирмы Le Сгоу 2262, фирмы Acqiris DPI 11 и ВАЦП. 3) Изучены люминесцентные свойства кристалла CsI(Tl). 4) Спроектирован и изготовлен сцинтилляционный детектор легких частиц на основе тонкого кристалла CsI(Tl) большой площади. Проведено изучение выходов тройного деления для спонтанного деления 252Cf и
вынужденного деления 232Th. 5) Спроектирован и изготовлен цифровой спектрометр на основе стильбена. 6) Проведены тестовые измерения время-пролетных и амплитудных спектров нейтронов спонтанного деления 252Cf. 7) Написана библиотека подпрограмм для анализа формы импульсов от сцинтилляционных детекторов. Диссертация состоит из 3 глав.

В первой главе описаны основные требования, которыми руководствуются при выборе частоты и разрядности оцифровщика, а также длины цифровой осциллограммы в зависимости от конкретной физической задачи, стоящей перед экспериментатором. Приведены требования к программно-аппаратному обеспечению. Проанализированы и описаны требования к программированию систем сбора информации, обоснованы требования к модульности разрабатываемого программного оснащения. Описано созданное программное обеспечение для оцифровщика формы импульса LeCroy 2262 (стандарт САМАС), реализованное на ПК IBM PC с процессорами Intel 386, 4867 Pentium, для различных операционных систем. Изложено созданное программное обеспечение к оцифровщику модели Acqiris DPI 11 (PCI стандарт), для операционной системы Windows 98, в программных средах Visual Basic и Visual C++. Определены алгоритмы, моделирующие принцип работы наиболее распространенных модулей, используемых при аналоговой обработке сигналов.

Во второй главе подробно описана конструкция изготовленного сцинтилляционного детектора на базе кристалла CsI(Tl). Приведена блок-

11 схема электроники, включающая оцифровщик формы импульса модели

LeCroy 2262. Приведены измеренные люминесцентные свойства кристалла CsI(Tl). Показано, что разработанный алгоритм анализа вклада быстрой компоненты позволил достичь в 2-3 раза лучшего разделения частиц по типу, по сравнению с аналоговым методом. Приводится описание канала регистрации длиннопробежных частиц сопровождающих деление, на базе кристалла CsI(Tl). Сцинтилляционный детектор использовался в качестве детектора длиннопробежных частиц, возникающих при тройном делении. Описана схема спектрометра, технология его сборки и тестирование. Приведены результаты детального изучения спектров легких частиц при спонтанном тройном делении 252Cf, приведены результаты измерения выходов тройного деления Th быстрыми нейтронами с энергией 1,6 МэВ, 1,8МэВи2,2МэВ.

Третья глава посвящена разработке методики цифрового канала регистрации мгновенных нейтронов и у-квантов, сопровождающих деление, при помощи стильбена, с использованием оцифровщика формы импульса модели Acqiris DPI 11. Было показано, что созданный цифровой спектрометр позволяет проводить как амплитудные, так и временные измерения. Показано, что форма и качество сигналов сильно зависит от типа ФЭУ. Описана методика разделения нейтронов и у-квантов с помощью корреляционного анализа. Проведены тестовые измерения спектра мгновенных нейтронов, при спонтанном делении Cf Показано, что созданная по данной методике спектрометрическая установка, в счетном
режиме, эффективно работает при пиковых загрузках до 100 МГц. Точность временной отметки составила 1 не.

Научная новизна: Впервые метод цифровой обработки сигнала применен при детектировании длиннопробежных частиц возникающих при тройном делении 252Cf и при вынужденном делении 2 2Th. Полученное цифровым методом качество разделения частиц по типу превосходит аналоговые методы в 1.5-2 раза. Впервые, с применением технологии цифровой обработки сигналов, измерены люминесцентные свойства кристалла CsI(Tl). Впервые разработан и использован метод корреляционного анализа цифровых сигналов от детектора на основе стильбена. Создан цифровой спектрометр, позволяющий улучшить качество экспериментальных данных (временное и энергетическое разрешение и разделение п от у - квантов). Впервые, с применением технологий цифровой обработки сигнала, были проведены измерения спектра мгновенных нейтронов, сопровождающих спонтанное деление 252Cf На защиту выносится:

1. Метод регистрации длиннопробежных частиц, основанный на использовании сцшггилляционного экрана из CsI(Tl) и оцифровщика формы импульса.

2. Метод регистрации нейтронов при помощи органического сцинтиллятора, основанный на цифровой обработке сигналов.

3. Метод определения люминесцентных свойств неорганических сцинтилляторов и результаты измерения времен высвечивания и
вкладов различных компонент сцинтилляционной вспышки в кристалле CsI(Tl). Метод разделения частиц по типу, основанный на технологии цифровой обработки сигналов.

4. Программное обеспечение для накопления экспериментальной информации от оцифровщиков разного типа, реализованное в разных операционных системах, с использованием возможностей локальных вычислительных сетей. Библиотека подпрограмм для анализа формы импульсов от сцинтилляционных детекторов.

Апробация работы. Результаты, представляемые в диссертационной работе, докладывались на международной конференции в Братиславе (IYNC) 2000, на международных семинарах в Обнинске (International Workshop Nuclear Fission Physics) 1998, 2000, Дубне (ISINN) 2000, 2002, 2003, а также опубликованы в журналах, трудах конференций и препринтах института [33, 36, 68-75, 93, 95, 96, 100, 115-122, 126, 127, 137].

Примечание: В дальнейшем изложении диссертации, в спектрах ошибки являются статистическими и, во избежание загромождения рисунков, графически отображаться не будет.
ГЛАВА 1.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА.

Сигнал — это обнаруживаемая или измеряемая физическая величина, которая может быть сообщением или информацией [4]. Главная цель обработки физических сигналов заключается в получения содержащейся в них информации.

§ 1.1 Аналоговые и цифровые методы обработки сигнала.

Методы реализации обработки сигналов показаны на рисунке 1. При аналоговом способе обработки информации (АОС) каждой переменной величине в системе ставится в соответствие один из плавно меняющихся параметров определенного участка электрической цепи (ток, напряжение, частота и т.д.).
Функциональные зависимости между различными переменными в системе реализуются путем построения соответствующих электрических цепей. Простейшие функциональные зависимости можно реализовать на
основе законов функционирования элементарных пассивных элементов

электрической цепи [5]. Принципиальной особенностью аналогового способа обработки информации является возможность, в известных пределах, плавного изменения величин электрических сигналов, соответствующих переменным системы. Все преобразования осуществляются практически мгновенно.

При цифровой обработке сигналов (ЦОС) переменной аналоговой величине в системе ставится в соответствие ее цифровой код. Функциональные зависимости в системе реализуются путем непосредственного решения уравнений системы теми или иными

ф численными методами, по заранее заложенной программе (аналог

электронных модулей). Данные функции реализуются цифровыми процессорными системами.

Цифровая обработка сигнала, по сравнению с аналоговой, имеет ряд преимуществ - слабая зависимость от факторов внешней среды, гибкость,

? компактность, большая информативность, повторяемость, а также

возможность использования мощных математических методов.

В 80-х годах XX века была предпринята попытка использовать ЦОС технологии в ядерно-физическом эксперименте [6-10]. В этих работах обработка информационного потока производилась с помощью аналоговой

f' электроники, и только для получения дополнительной информации о форме

сигнала в спектрометре использовались цифровые технологии.

16 § 1.2 Аппаратные средства ЦОС систем для IBM PC.

Существующий подход к использованию и проектированию ЦОС систем на базе компьютеров общего назначения требует дополнительных устройств (плат, модулей) для реализации сложных процессов обработки информации, как в режиме реального времени, так и после записи информации на жесткий диск компьютера [11]. Класс таких устройств представлен модулями, конвертирующими аналоговый сигнал в цифровой и ЦОС процессорами, которые, обладая мощной вычислительной структурой, позволяют реализовать сложные алгоритмы обработки информационных потоков.

Устройство, преобразующее аналоговый сигнал в цифровой код, называют оцифровщиком формы импульса (ОФИ, оцифровщик или быстрый аналого-цифровой преобразователь). Оцифровщик, через фиксированные промежутки времени (интервал дискретизации), преобразует напряжение на его входе в соответствующее этому напряжению число (квантование, или дискретизация, сигнала по уровню). В результате преобразования, поступивший на его вход сигнал представляется последовательностью чисел, соответствующих величине входного сигнала в определенные промежутки времени (цифровая осциллограмма).

Развитие прикладных математических методов, которые позволяют извлекать различного рода информацию из цифрового сигнала [12], потребовало создания специального устройства, с гибкой архитектурой и широким спектром команд, ориентированных на векторные и циклические
операции, - таким устройством и стал цифровой сигнальный процессор (ЦОС процессор) [13].

При обработке сигнала экспериментатор стоит перед выбором надлежащей комбинации аналоговых и цифровых методов, так как все детекторы являются аналоговыми устройствами. Поэтому, при подготовке сигнала к цифрованию, часто используется предварительная аналоговая обработка (рис. 2).
В состав схемы входят: детектор излучений; аналоговая электроника предварительного усиления и обработки сигналов; аналоговый фильтр высоких частот; логическая схема отбора событий; блок задержки стопового сигнала, оцифровщик импульсов; компьютер, управляющий экспериментом, и ЭВМ, исполняющая роль ЦОС процессора.
Список литературы
Цена, в рублях:

(при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)		 1425
Скачать бесплатно 23201.doc 





Найти готовую работу


ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:


Связаться

Доставка любой диссертации из России и Украины

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ


Ссылки:

Выполнение и продажа диссертаций, бесплатный каталог статей и авторефератов

Счетчики:

Besucherzahler
счетчик посещений

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.