СОВПАДЕНИИ МЕТОД

СОВПАДЕНИИ МЕТОД

- эксперим. метод физики элементарных частици ядерной физики, основанный на регистрации неск. событий (рождение и распадчастиц, пролёт их через детектор и др.), совпадающих во времениили разделённых фиксиров. промежутками времени. Примером может служитьрегистрация пролёта частицы через неск. детекторов - сцинтилляционных, <газоразрядных и др. (рис. 1). Сигналы, поступающие от детекторов Д ₁,Д ₂, ..., Д _n, предварительно проходят через линиизадержки ЛЗ, позволяющие регулировать времена появления сигналов на ихвыходе. Затем импульсы формируются по амплитуде и длительности в формирователяхФ или только по амплитуде в дискриминаторах ДИ поступают на схему совпаденийСС, к-рая срабатывает только от импульсов с длительностью и амплитудой, <задаваемыми формирователем или дискриминатором. С выхода СС сигнал фиксируетсярегистрирующим устройством Р, напр. т. н. пересчётным прибором, к-рый фиксируетколичество импульсов за определ. промежуток времени.

Рис. 1. Блок-схема, поясняющая регистрацию пролёта частицы черездетекторы Д ₁, Д ₂...Д _n; Д _A -детектор, включённый в схему антисовпадений; ДИ - дискриминатор с инвертированнымвыходом.

Времена задержек сигналов в ЛЗ подбираются так, чтобы сигналы с детекторовдля регистрируемого события появлялись на входе СС одновременно. ЛЗ позволяетскомпенсировать разницу времён пролёта частицы через детекторы и разницувремён прохождения сигналов по кабелям и формирователям от детектора доСС.

С. м. сводится к регистрации сигналов от детекторов, совпадающих вовремени на входе СС. Совпадающими наз. сигналы, полностью или частичноперекрывающиеся во времени. Временной отбор сигналов осуществляется СС, <к-рая реализует логич. функцию «и» (логич. умножение, см. Логическиесхемы), т. е. на её выходе сигнал появляется лишь тогда, когда на всевходы одновременно приходят импульсы определ. полярности.

Если на один или несколько из входов СС подать сигнал с инвертиров. <полярностью, то СС превращается в схему антисовпадений. На выходе СС сигналможет появиться только в тот промежуток времени, когда на этих входах нетсигнала с соответствующих детекторов. На рис. 1 показан детектор Д _А,включённый в схему антисовпадений и выделяющий узкий пучок частиц (напр.,сцинтилляц. детектор с отверстием по оси пучка). Сигнал от Д _А,сформированный по амплитуде и инвертированный в дискриминаторе, подаётсяна СС, к-рая выделяет частицы, пролетевшие через все детекторы, но не пролетевшиечерез Д _А.

Схема совпадения СС характеризуется числом каналов и связанных с нимидетекторов (кратность). Степень разброса времён прихода сигналов, при к-ромсрабатывает СС, определяется её разрешающим временем .Если измерить зависимость скорости счёта N на выходе СС от величинызадержки т в одном из каналов совпадения, то получится кривая совпадения(рис. 2, а). Разрешающим временем в данном канале наз. ширина на половине высоты максимума кривой совпадения. <Если изменять задержку в канале антисовпадения, то получим кривую антисовпадения(рис. 2,б), к-рая определяет антисовпадений.

Рис. 2. Зависимость скорости счёта N на выходе схемы совпадении отзадержки: a - в канале совпадения (кривая совпадения); б - в канале антисовпадения(кривая антисовпадения).

В зависимости от типа детекторов и эксперимента существуют медленные СС ,быстродействующие и сверхбыстродействующие

Важной характеристикой СС является т. н. коэф. отбора , где А _п - амплитуда выходного сигнала СС при совпадениив п каналах (антисовпадения исключаются), А _п-1 - присовпадении в ( п -1) каналах. Коэф. К должен быть велик, <иначе А _п будет мало отличаться от А _n-1 и совпадения трудно будет отделить от их отсутствия. ЧувствительностьюСС наз. мин. амплитуда сигнала на её входе, вызывающая сигнал на выходе. <Иногда формирующие устройства на входе выполняются вместе с СС в одномблоке.

Истинные совпадения, связанные с исследуемым явлением (неск. детектороврегистрируют одну и ту же частицу), следует отличать от случайных совпадений(фона), обусловленных шумами детекторов или частицами, случайно прошедшимичерез детекторы за время t _р (разные частицы через разные детекторы).Можно показать, что для двухканальной СС число случайных совпадений в 1с , для трёхканальной, где N₁, N₂, N₃ ит. д,- ср.

числа импульсов в 1 с, регистрируемых отд. детекторами. Для уменьшения N _сл необходимо увеличить число детекторов n, регистрирующих истинные совпадения, <или уменьшать .Увеличение я из-за конечной эффективности каждого детектора уменьшает вероятностьрегистрации истинных совпадений, т. е. уменьшает эффективность СС. Уменьшение также ограничено свойствами детекторов: интервал времени от пролёта частицычерез детектор до появления сигнала на выходе детектора (задержка) статистически колеблется. В сцинтилляционных детекторах, напр.,это колебание обусловлено их геом. размерами и местом прохождения частицы. <Для того чтобы эффективность счёта истинных совпадений не уменьшалась, <необходимо условие . Конечное время нарастания импульсов на выходе детекторов и их амплитудныйразброс также приводят к добавочной флуктуации момента срабатывания СС, <затрудняя использование малого при высокой эффективности.

При регистрации процессов в пучках частиц высокой интенсивности возникает задачаполучения т. н. эффективных антисовпадений. Эффективными наз. антисовпадения, <к-рые позволяют получить макс. подавления счёта, т. е. наименьшую относит. <скорость счёта N _мин в минимуме кривой антисовиадений(рис. 2, б )при макс. скорости счёта N _мaкс за пределами .Уровень подавления определяется т. н. физ. и схемной неэффективностью антисовпадений. <Физ. неэффективность обусловлена случайными совпадениями сигналов детекторовв каналах совпадений, конечной эффективностью регистрации частиц детекторомантисовпадений и т. д. Схемная неэффективность определяется прохождениемсигналов на выход схемы антисовпадений, хотя сигналы от детекторов антисовпаденийпревышают порог срабатывания формирующих устройств в каналах антисовпаденийи появляются во временном интервале кривой антисовпаденнй. Одна из причин схемной неэффективности - т. н. мёртвоевремя формирующих устройств. На рис. 1 в канале антисовпадений формированиесигнала осуществляется дискриминатором ДИ, имеющим меньшее мёртвое время, <чем формирователь Ф. Осн. требование к каналу антисовпадений: мёртвое времяустройства, формирующего сигналы, не должно превышать их длительности илидолжно отсутствовать. Для достижения эффективности антисовпадений необходимопревышение длительности сформиров. сигнала в канале антисовпадений надего мёртвым временем на величину, минимальную и достаточную для перекрытийдлительности и разброса времени появления сигналов совпадений на входеСС, необходимо также минимизировать длительность и разброс времени появлениясигналов со всех детекторов.

Помимо ядерной физики и физики элементарных частиц С. м. применяетсякак метод измерений, основанный на сопоставлении ряда чередующихся сигналов, <соответствующих значениям измеряемой величины, с рядом сигналов, относящихсяк известной величине. Определение измеряемой величины производится по совпадениюсигналов. К С. м. можно отнести, в частности, стробоскопич. метод измерениячастоты механич. и эл.-магн. колебаний.

Лит.: Гольданский В. И., Куценко А. В., Подгорецкий М. И., Статистикаотсчетов при регистрации ядерных частиц, М., 1959; Схемная эффективностьантисовпадений при регистрации частиц высокой энергии, Серпухов, 1969;Ковальский Е., Ядерная электроника, пер. с англ., М., 1972; Эффективныеантисовпадения при больших загрузках детекторов, Серпухов, 1979; Р е хи н Е. И., Чернов П. С., Басиладзе С. Г., Метод совпадений, М., 1979. С. <В. Головкин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.