Алиев Кара-Али Алибулатович Система иЗмерениЯ тока

Ìèíèñòåðñòâî îáðàçîâàíèÿ è íàóêè Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè
Íàöèîíàëüíûé èññëåäîâàòåëüñêèé ÿäåðíûé óíèâåðñèòåò ¾ÌÈÔÈ¿
Ôàêóëüòåò àâòîìàòèêè è ýëåêòðîíèêè
Êàôåäðà Ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ óñòàíîâîê
Íà ïðàâàõ ðóêîïèñè
ÓÄÊ 621.384.634
Àëèåâ Êàðà-Àëè Àëèáóëàòîâè÷
Ñèñòåìà èçìåðåíèÿ òîêà óñêîðèòåëÿ COSY
Âûïóñêíàÿ êâàëèôèêàöèîííàÿ ðàáîòà ñïåöèàëèñòà
Íàïðàâëåíèå ïîäãîòîâêè 140304/070400 Ôèçèêà ïó÷êîâ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö è
óñêîðèòåëüíàÿ òåõíèêà
Âûïóñêíàÿ êâàëèôèêàöèîííàÿ
ðàáîòà çàùèùåíà
¾
¿
Îöåíêà
Ñåêðåòàðü ÃÝÊ
ã. Ìîñêâà
2015
2015ã.
Ïîÿñíèòåëüíàÿ çàïèñêà
ê äèïëîìíîìó ïðîåêòó íà òåìó:
Ñèñòåìà èçìåðåíèÿ òîêà óñêîðèòåëÿ COSY
Ñòóäåíò
Dr. Rer. Nat.
Äîöåíò, ê.ô.-ì.í
Âåäóùèé èíæåíåð
×ë.-êîðð. ÐÀÍ, ä.ô.-ì.í., ïðîôåññîð
ã. Ìîñêâà
2015
Ê. À. Àëèåâ
Ðóêîâîäèòåëü ïðîåêòà:
Þ. Â. Âàëüäàó
Êîíñóëüòàíò:
Ñ. Ì. Ïîëîçîâ
Ðåöåíçåíò:
Ä. À. Ëÿêèí
Çàâ. êàôåäðîé:
À. Ä. Äèäåíêî
Îãëàâëåíèå
Ââåäåíèå
3
1 Ýêñïåðèìåíò TRIC
4
1.1
Ñòàíäàðòíàÿ ìîäåëü è ñèììåòðèÿ â ïðèðîäå . . . . . . . . . . .
5
1.2
CPT-òåîðåìà è íàðóøåíèå ñèììåòðèè . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3
TRIC@COSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.4
Ñèíõðîòðîí COSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Êîìïëåêñ äëÿ èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà
2.1
13
Èñïûòàòåëüíûé ñòåíä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.1
Èíòåãðèðóþùèé òðàíñôîðìàòîð òîêà . . . . . . . . . . . 18
2.1.2
Äàò÷èê ïîëîæåíèÿ ïó÷êà . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.3
Ïàðàìåòðè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü òîêà . . . . . . . . . . 22
2.2
Ñèñòåìà ñáîðà äàííûõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3
Ïðîãðàììíîå ïðèëîæåíèå Preasure . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà
3.1
3.2
30
Èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ . . . . . . . . . . . . 31
3.1.1
Èçìåðèòåëüíûé òðàêò è ïðîöåäóðà ïîâåðêè ïðèáîðîâ . . 31
3.1.2
Ïîâåðêà ïðèáîðîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.3
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ . 36
3.1.4
Âûâîäû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÄÏÏ . . . . . . . . . . . . 39
3.2.1
Èçìåðèòåëüíûé òðàêò è ïðîöåäóðà ïîâåðêè ïðèáîðîâ . . 39
3.2.2
Ïîâåðêà ïðèáîðîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.3
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïðè ïîìîùè ÄÏÏ . . . . . 44
3.2.4
Âûâîäû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1
Çàêëþ÷åíèå
46
Áëàãîäàðíîñòè
47
Ïðèëîæåíèå
48
Ëèòåðàòóðà
58
2
Ââåäåíèå
Íà ñèíõðîòðîíå COSY (Cooler Synchrotron) Íàó÷íîãî Öåíòðà Þëèõ çàïëàíèðîâàí ýêñïåðèìåíò ïî ïðîâåðêå ñèììåòðèè îòíîñèòåëüíî îáðàùåíèÿ
âðåìåíè TRIC@COSY (Test on Time Reversal Invariance at COSY) [2]. Äëÿ
ïðîâåäåíèÿ äàííîãî ýêñïåðèìåíòà íåîáõîäèìî ðàçðàáîòàòü è ïðîòåñòèðîâàòü
êîìïëåêñ äëÿ èçìåðåíèÿ òîêà ïó÷êà ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ.
 ãëàâå 1 ïðîèñõîäèò îçíàêîìëåíèå ñ îñíîâíûìè ïðèíöèïàìè ýêñïåðèìåíòà TRIC, ïðèâîäèòñÿ êðàòêèé îáçîð ïðîäåëàííûõ ýêñïåðèìåíòîâ, áëèçêèõ ïî
òåìàòèêå ê TRIC, à òàêæå îïèñûâàþòñÿ îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè óñêîðèòåëÿ
COSY.
 ãëàâå 2 ïðîèñõîäèò îçíàêîìëåíèå ñ êîìïëåêñîì äëÿ èçìåðåíèÿ òîêà ïó÷êà.  íåãî âõîäèò èñïûòàòåëüíûé ñòåíä äëÿ èìèòàöèè òîêà ïó÷êà, èíòåãðèðóþùèé òðàíñôîðìàòîð òîêà ÈÒÒ, äàò÷èê ïîçèöèè ïó÷êà ÄÏÏ, ïàðàìåòðè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü òîêà è ñèñòåìà ñáîðà äàííûõ ÑÑÄ.  ýòîé ãëàâå òàêæå
îáñóæäàåòñÿ ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííîå ïðîãðàììíîå ïðèëîæåíèå Preasure,
íåîáõîäèìîå äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ ïîòîêà äàííûõ ÑÑÄ è äëÿ ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé.
 ãëàâå 3 ïðîèñõîäèò îïèñàíèå ìåòîäèêè ïîâåðêè ïðèáîðîâ, âõîäÿùèõ â
èçìåðèòåëüíûé òðàêò ÈÒÒ è ÄÏÏ, à òàêæå ïðèâîäÿòñÿ ðåçóëüòàòû èõ ïîâåðêè.  ýòîé ãëàâå òàêæå ïðèâîäÿòñÿ ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà
ïðè ïîìîùè ÈÒÒ è ÄÏÏ.
3
Ýêñïåðèìåíò TRIC
Ñóùåñòâóåò îáùåïðèíÿòàÿ òî÷êà çðåíèÿ, ÷òî íå ñìîòðÿ íà îïðåäåëåííóþ
ñèììåòðèþ ÷àñòèö è àíòè÷àñòèö, â îêðóæàþùåì íàñ ìèðå íåò àíòèâåùåñòâà.
Íàëè÷èå âî Âñåëåííîé âåùåñòâà è îòñóòñòâèå àíòèâåùåñòâà íàçûâàþò áàðèîííîé àñèììåòðèåé Âñåëåííîé. Äðóãèìè ñëîâàìè, ñóùåñòâóåò âåùåñòâî, ñîñòîÿùåå èç ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ, îáúåäèí¼ííûõ îáùèì íàçâàíèåì - "áàðèîíû è îòñóòñòâóåò àíòèâåùåñòâî, ñîñòîÿùåå èç àíòèáàðèîíîâ (ò. å. àíòèïðîòîíîâ è àíòèíåéòðîíîâ) [1]. Íå ñìîòðÿ íà òî, ÷òî Ñòàíäàðòíàÿ ìîäåëü óñïåøíî
îïèñûâàåò ðÿä ôèçè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé, îíà íå ìîæåò îáúÿñíèòü àñèììåòðèþ ìåæäó ìàòåðèåé è àíòèìàòåðèåé âî Âñåëåííîé, â ÷àñòíîñòè íåðàâíîå
êîëè÷åñòâî áàðèîíîâ è àíòèáàðèîíîâ [2].
Íàðóøåíèå CP-èíâàðèàíòíîñòè, ñâÿçàííîå ñ íàðóøåíèåì T-èíâàðèàíòíîñòè
÷åðåç CPT-òåîðåìó, íà äàííûé ìîìåíò ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ïðàâäîïîäîáíîé
òåîðèåé, îáúÿñíÿþùåé áàðèîííóþ àñèììåòðèþ âî Âñåëåííîé.  ÷àñòíîñòè,
â 1967ã. À. Ä. Ñàõàðîâ ïîêàçàë, ÷òî CP-íàðóøåíèå ÿâëÿëîñü îäíèì èç íåîáõîäèìûõ óñëîâèé äëÿ ïðàêòè÷åñêè ïîëíîãî óíè÷òîæåíèÿ àíòèâåùåñòâà íà
ðàííåì ýòàïå ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé [3].
Íà ñèíõðîòðîíå COSY íàó÷íîãî öåíòðà Þëèõ çàïëàíèðîâàí ýêñïåðèìåíò TRIC, öåëü êîòîðîãî îáíàðóæèòü íàðóøåíèå T-èíâàðèàíòíîñòè ïðè
ðàññåèâàíèè ïðîòîííîãî ïó÷êà íà ãàçîâîé äåéòðîííîé ìèøåíè [2].  äàííîì ýêñïåðèìåíòå àñèììåòðèÿ ïîëíîãî ñå÷åíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ σtot = σ0 (1 +
Ay,xz Py Pxz ) îòíîñèòåëüíî îáðàùåíèÿ âðåìåíè äîëæíà ïîêàçàòü íàðóøåíèå
T-èíâàðèàíòíîñòè. Äëÿ èçìåðåíèÿ íàáëþäàåìîé â ýêñïåðèìåíòå âåëè÷èíû
Ay,xz , ÷óâñòâèòåëüíîé ê îáðàùåíèþ âðåìåíè, èñïîëüçóåòñÿ âåêòîðíî ïîëÿðèçîâàííûé ïðîòîííûé ïó÷îê ñ ýíåðãèåé 135Ìý è òåíçîðíî ïîëÿðèçîâàííàÿ
äåéòðîííàÿ ãàçîâàÿ ìèøåíü.
4
1.1
Ñòàíäàðòíàÿ ìîäåëü è ñèììåòðèÿ â ïðèðîäå
Èññëåäîâàíèÿ â îáëàñòè ôèçèêè ìèêðîìèðà, àêòèâíî âåäóùèåñÿ ñ 1930õ
ãîäîâ, ïîëîæèëè íà÷àëî íîâîé ôèçè÷åñêîé òåîðèè: âñå âîêðóã ïîñòðîåíî èç
ôóíäàìåíòàëüíûõ ÷àñòèö - êâàðêîâ, ïîä÷èíÿþùèõñÿ ÷åòûðåì ôóíäàìåíòàëüíûì ñèëàì. Ñòàíäàðòíàÿ ìîäåëü îáúÿñíÿåò êàê ýòè ÷àñòèöû ñâÿçàíû ñ òðåìÿ
èç ôóíäàìåíòàëüíûõ ñèë. Ñîçäàííàÿ â íà÷àëå 1970-õ ãîäîâ, ýòà ìîäåëü îáúÿñíèëà ïî÷òè âñå ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ, à òàêæå äîâîëüíî òî÷íî ïðåäñêàçàëà öåëûé ðÿä ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé. Ïðîéäÿ ÷åðåç ìíîãî÷èñëåííûå ýêñïåðèìåíòû, Ñòàíäàðòíàÿ ìîäåëü çàðåêîìåíäîâàëà ñåáÿ êàê óñïåøíàÿ ôèçè÷åñêàÿ
òåîðèÿ [4].
Çàêîíû ñèììåòðèè ñûãðàëè âàæíåéøóþ ðîëü ïðè ïîñòðîåíèè Ñòàíäàðòíîé ìîäåëè, òàê êàê ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ÷àñòèö â íåé îñíîâàíû íà çàêîíàõ
ñèììåòðèè. Òàê æå óñòàíîâëåíî, ÷òî èç êàæäîãî çàêîíà ñèììåòðèè âûòåêàåò
ñîîòâåòñòâóþùèé çàêîí ñîõðàíåíèÿ è íàîáîðîò [5]. Íàïðèìåð, çàêîí ñîõðàíåíèÿ èìïóëüñà îñíîâûâàåòñÿ íà òðàíñëÿöèîííîé ñèììåòðèè, â òî âðåìÿ êàê
çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè ïîäðàçóìåâàåò ñèììåòðè÷íîñòü çàêîíîâ ôèçèêè ïî
îòíîøåíèþ êî âðåìåíè [6].
Èçâåñòíî, ÷òî êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà íå ñïîñîáíà îáúÿñíèòü ïîâåäåíèå
÷àñòèö â ñóáàòîìíîì ìèðå. Ïîýòîìó áûëà ñîçäàíà êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà, êîòîðàÿ óñïåøíî ñïðàâëÿåòñÿ ñ ýòîé çàäà÷åé.  êâàíòîâîé ìåõàíèêå äëÿ îïèñàíèÿ
ñîñòîÿíèÿ ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû èñïîëüçóåòñÿ âîëíîâàÿ ôóíêöèÿ |ψi, äåéñòâóþùàÿ â Ãèëüáåðòîâîì ïðîñòðàíñòâå. Îïåðàòîð ïåðåìåùåíèÿ O âîçäåéñòâóÿ
íà âîëíîâóþ ôóíêöèþ ñòàâèò â ñîîòâåòñòâèå îäíîìó ñîñòîÿíèþ ñèñòåìû äðóãîå, òî åñòü |ψi 7−→ |ψ 0 i = O|ψi. Åñëè âîëíîâàÿ ôóíêöèÿ, îïèñûâàþùàÿ ñîñòîÿíèå íåêîòîðîé ñèñòåìû, îñòàåòñÿ íåèçìåííîé ïîñëå âîçäåéñòâèÿ íà íåå
îïåðàòîðà ïåðåìåùåíèÿ (|ψi = O|ψi), òî äàííàÿ ñèñòåìà îáëàäàåò òðàíñëÿöèîííîé ñèììåòðèåé. Èíûìè ñëîâàìè, òðàíñëÿöèîííàÿ ñèììåòðèÿ äåëàåò
íà÷àëüíîå è êîíå÷íîå ñîñòîÿíèå ñèñòåìû íåðàçëè÷èìûìè, à ôèçè÷åñêèå çàêîíû íåèçìåííûìè.
Íå ñìîòðÿ íà òî, ÷òî Ñòàíäàðòíàÿ ìîäåëü óñïåøíî îïèñûâàåò ðÿä ôèçè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé, îíà íå ìîæåò îáúÿñíèòü àñèììåòðèþ ìåæäó ìàòåðèåé
è àíòèìàòåðèåé âî Âñåëåííîé, â ÷àñòíîñòè íåðàâíîå êîëè÷åñòâî áàðèîíîâ è
5
àíòèáàðèîíîâ (Áàðèîííàÿ àñèììåòðèÿ Âñåëåííîé). Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî èçíà÷àëüíî êîëè÷åñòâî áàðèîííîé è àíòèáàðèîííîé ìàòåðèè áûëî îäèíàêîâî.
Íî âïîñëåäñòâèè èç-çà íåñèììåòðè÷íîñòè ðåàêöèé îòíîñèòåëüíî òîãî, êàêèå
÷àñòèöû âåùåñòâà èëè àíòèâåùåñòâà â íèõ ó÷àñòâóþò, ïðîèçîøëî ïîñòåïåííîå íàðàñòàíèå êîëè÷åñòâà áàðèîííîãî âåùåñòâà è óìåíüøåíèå êîëè÷åñòâà
àíòèáàðèîííîãî. Ñóùåñòâóþò òåîðèè, ðàñøèðÿþùèå Ñòàíäàðòíóþ ìîäåëü òàêèì îáðàçîì, ÷òî â íåêîòîðûõ ðåàêöèÿõ âîçìîæíî áîëåå ñèëüíîå íàðóøåíèå
CP-èíâàðèàíòíîñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ å¼ íàðóøåíèåì â Ñòàíäàðòíîé ìîäåëè. Â
1967 ã. À. Ä. Ñàõàðîâ ïîêàçàë, ÷òî CP-íàðóøåíèå ÿâëÿëîñü îäíèì èç íåîáõîäèìûõ óñëîâèé äëÿ ïðàêòè÷åñêè ïîëíîãî óíè÷òîæåíèÿ àíòèâåùåñòâà íà
ðàííåì ýòàïå ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé [3].
1.2
CPT-òåîðåìà è íàðóøåíèå ñèììåòðèè
Ñîãëàñíî òåîðåìå î CPT-ñèììåòðèè, âñå ôóíäàìåíòàëüíûå ôèçè÷åñêèå
çàêîíû è ïðåîáðàçîâàíèÿ èíâàðèàíòíû ïî îòíîøåíèþ ê îäíîâðåìåííîé èíâåðñèè çàðÿäà (C, charge), ÷¼òíîñòè (P, parity) è âðåìåíè (T, time). Èç ýòîé
òåîðåìû âûòåêàåò, ÷òî îäíîâðåìåííàÿ C, P è T èíâåðñèÿ íå èçìåíÿåò èçíà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå ñèñòåìû, òî åñòü CP T |ψi = |ψi [7]. Íå ñìîòðÿ íà òî,
÷òî íàðóøåíèå CPT-ñèììåòðèè äî ñèõ ïîð íå áûëî îáíàðóæåíî, ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå ýêñïåðèìåíòû ïîêàçûâàþùèå îòäåëüíîå íàðóøåíèå C-, P- è
T-ñèììåòðèè. ×òîáû íå íàðóøàòü CPT-òåîðåìó, ïîäðàçóìåâàåòñÿ ÷òî ïðè
íàðóøåíèè îäíîé èç ñèììåòðèé ïðîèñõîäèò íàðóøåíèå êàê ìèíèìóì îäíîé
èç äðóãèõ ñèììåòðèé. Íàïðèìåð, íàðóøåíèå CP-ñèììåòðèè âåäåò ê íàðóøåíèþ T-ñèììåòðèè è íàîáîðîò (CP |ψi = T |ψi 7→ |ψ 0 i) (ññûëêà íà ïðîïîçàë).
CP-ñèììåòðèÿ îçíà÷àåò ñèììåòðèþ ïî îòíîøåíèþ ê îäíîâðåìåííîé èíâåðñèè
çàðÿäà è ÷¼òíîñòè.
Ïðè ïðîñòðàíñòâåííîé èíâåðñèè (P) èíâåðòèðóþòñÿ êîîðäèíàòíûå îñè.
 ñëó÷àå òðåõìåðíîãî ïðîñòðàíñòâà ïðîèçâîäèòñÿ çåðêàëüíîå îòîáðàæåíèå
êîîðäèíàò îòíîñèòåëüíî ïðîèçâîëüíîé ïëîñêîñòè è âðàùåíèÿ íà 180 ãðàäóñîâ îòíîñèòåëüíî íîðìàëè ê ýòîé ïëîñêîñòè [6]. Ñèñòåìû, èíâàðèàíòíûå ê
ïðîñòðàíñòâåííîé èíâåðñèè íàçûâàþòñÿ ÷¼òíûìè.
Íàðóøåíèå Ð-ñèììåòðèè íàáëþäàåòñÿ â ñëàáûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ. Â 1957ã.
C.S. Wu [8] îáíàðóæèëà, ÷òî ïðè áåòà-ðàñïàäå ïîëÿðèçîâàííûé 60 Co èñïóñêà6
åò ýëåêòðîíû ïðåèìóùåñòâåííî â ïðîòèâîïîëîæíîì ÿäåðíîìó ñïèíó íàïðàâëåíèè. P.D. Eversheim [9] ïðîèçâåë òî÷íûå èçìåðåíèÿ íàáëþäàåìîé âåëè÷èíû
ïðè íàðóøåíèè P-ñèììåòðèè äëÿ ïðîòîí-ïðîòîííîãî ðàññåèâàíèÿ.
Ïðè èíâåðñèè çàðÿäà (C) âåëè÷èíû çàðÿäîâ ÷àñòèö çàìåíÿþòñÿ íà ïðîòèâîïîëîæíûå, à âñå îñòàëüíûå ñâîéñòâà îñòàþòñÿ íåèçìåííûìè. Èíâåðñèÿ
çàðÿäà ýêâèâàëåíòíà çàìåíå ÷àñòèöû íà åå àíòè÷àñòèöó [6].
Íàðóøåíèå C-ñèììåòðèè òàêæå íàáëþäàåòñÿ â ñëàáûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ.
 òåîðèè ñëàáûõ âçàèìîäåéñòâèé Ñ- è P-ñèììåòðèÿ òåñíî ñâÿçàíû è ëåæàò â
îñíîâå òàê íàçûâàåìîé CP-ñèììåòðèè [6]. Ïåðâîå êîñâåííîå äîêàçàòåëüñòâî
íàðóøåíèÿ Ñ-ñèììåòðèè áûëî îáíàðóæåíî âìåñòå ñ ïåðâûì îáíàðóæåíèåì
íàðóøåíèÿ P-ñèììåòðèè [10]. T.D. Lee îáíàðóæèë, ÷òî åñëè ïðè áåòà-ðàñïàäå
ïîëÿðèçîâàííîãî ÿäðà
60
Co íàðóøàåòñÿ Ñ-ñèììåòðèÿ, òî íåîáõîäèìî ÷òîáû
òàêæå íàðóøàëàñü è P-ñèììåòðèÿ.  ñâîþ î÷åðåäü C.S. Wu çàêëþ÷èëà, ÷òî
íàðóøåíèå P-ñèììåòðèè âåäåò ê íàðóøåíèþ Ñ-ñèììåòðèè [8]. Â 1958ã. P.C.
Marcq [11] îáíàðóæèë ïðÿìîå äîêàçàòåëüñòâî íàðóøåíèÿ C-ñèììåòðèè ïðè
ðàñïàäå ìþîíîâ µ± . Îí îáíàðóæèë, ÷òî ïðîäîëüíûé ñïèí èñïóñêàåìûõ ÷àñòèö èìååò íàïðàâëåíèå, ïðîòèâîïîëîæíîå íàïðàâëåíèþ ó àíòè÷àñòèö. Äàííîå ÿâëåíèå äåìîíñòðèðóåò íàðóøåíèå C-ñèììåòðèè.
Ïðè èíâåðñèè âðåìåíè (T) âðåìåííàÿ îñü îáðàùàåòñÿ è âðåìÿ òå÷åò â
îáðàòíóþ ñòîðîíó. Êàê ïðàâèëî, â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå ïðè èíâåðñèè âðåìåíè ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû íå îáðàùàþòñÿ (T-àñèììåòðèÿ). Îäíàêî, çàêîíû
êëàññè÷åñêîé ôèçèêè îïèñûâàþùèå ýëåìåíòàðíûå ñèñòåìû èíâàðèàíòíû ïî
îòíîøåíèþ ê èíâåðñèè âðåìåíè. Ýòîò ïàðàäîêñ ñâÿçàí ñ òåì, ÷òî ïðè îïèñàíèè ìàêðîïðîöåññîâ ïîìèìî ôèçè÷åñêèõ çàêîíîâ òàêæå èñïîëüçóþòñÿ ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ. Íàïðèìåð, ïðîöåññû ñ âîçðàñòàþùåé ïî âðåìåíè ýíòðîïèåé
Ò-àñèììåòðè÷íû. Òàêèì îáðàçîì, Ò-ñèììåòðèÿ íàáëþäàåòñÿ òîëüêî â ýëåìåíòàðíûõ ñèñòåìàõ, ãäå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû íå çàâèñÿò îò ãðàíè÷íûõ óñëîâèé
ìàêðîìèðà [6].
Íàðóøåíèå T-ñèììåòðèè äîëãîå âðåìÿ îñòàâàëîñü íå îáíàðóæåííûì. Íî
â 1998ã. A. Angelopoulos ïîêàçàë, ÷òî ïðåâðàùåíèå K 0 â K̄ 0 â òå÷åíèè îïðåäåëåííîãî âðåìåíè èìååò âåðîÿòíîñòü, îòëè÷íóþ îò âåðîÿòíîñòè îáðàòíîãî
ïðåâðàùåíèÿ [12]. Ýòî íåðàâåíñòâî âåðîÿòíîñòåé ãîâîðèò î òîì, ÷òî äàííûé
ïðîöåññ àñèììåòðè÷åí ïî îòíîøåíèþ êî âðåìåíè. Èíûìè ñëîâàìè, íàðóøàåòñÿ Ò-ñèììåòðèÿ.
7
Êàê áûëî óïîìÿíóòî âûøå, òåñíàÿ âçàèìîñâÿçü Ñ- è P-ñèììåòðèè ëåãëà
â îñíîâó òåîðèè î CP-ñèììåòðèè [6]. Ïåðâîå äîêàçàòåëüñòâî íàðóøåíèÿ CPñèììåòðèè îáíàðóæèë â 1964ã. J.H. Christenson ïðè íàáëþäåíèè ðàñïàäà Êìåçîíîâ [13]. Â åãî ýêñïåðèìåíòå ðàñïàä K20 → π + π − íàðóøàë CP-ñèììåòðèþ.
 2004ã. B. Aubert íàïèñàë î òîì, ÷òî ìîäû ðàñïàäà B 0 → K ± π ∓ èìåþò ðàçíóþ âåðîÿòíîñòü [14]. Íåðàâåíñòâî ýòèõ âåðîÿòíîñòåé ñèìâîëèçèðóþò íàðóøåíèå CP-ñèììåòðèè â äàííîì ðàñïàäå.
Òàê êàê CPT-ñèììåòðèÿ ëåæèò â îñíîâå ìíîãèõ ôèçè÷åñêèõ òåîðèé, òî
îáíàðóæåíèå íàðóøåíèÿ ýòîé ñèììåòðèè çàñòàâèò ïåðåñìîòðåòü ôóíäàìåíòàëüíûå çàêîíû ôèçèêè. Äî ñåãîäíÿøíåãî äíÿ íè îäèí èç ìíîãî÷èñëåííûõ
ýêñïåðèìåíòîâ [6] íå âûÿâèë íàðóøåíèå CPT-ñèììåòðèè. Îäíèì èç ñïîñîáîâ ïðîâåðêè CPT-ñèììåòðèè ÿâëÿåòñÿ ñðàâíåíèå ñâîéñòâ ÷àñòèö è àíòè÷àñòèö. G. Gabrielse èñïîëüçîâàë ëîâóøêó Ïåííèíãà äëÿ èçìåðåíèÿ îòíîøåíèÿ ìàññû ê çàðÿäó ó ïðîòîíà è àíòèïðîòîíà è íå âûÿâèë íàðóøåíèé CPTñèììåòðèè [15]. D.S. Ayres èçìåðèë survival fraction â îïðåäåëåííûõ òî÷êàõ
1000 ñàíòèìåòðîâîé òðàåêòîðèé ïèîííîãî è àíòèïèîííîãî ïó÷êîâ ñ îäèíàêîâûìè èìïóëüñàìè è ïðîñòðàíñòâåííûì ðàñïðåäåëåíèåì [16]. Äàííûé ýêñïåðèìåíò òàêæå íå âûÿâèë íàðóøåíèé CPT-ñèììåòðèè.
1.3
TRIC@COSY
Äîêàçàíî [17], ÷òî íåâîçìîæíî ïðîèçâåñòè èñòèííûé íóëåâîé òåñò (true
null test) âðåìåííîé èíâàðèàíòíîñòè ïðè ÿäåðíîì âçàèìîäåéñòâèè ñ äâóìÿ
èñõîäíûìè è äâóìÿ ðåçóëüòèðóþùèìè ÷àñòèöàìè, çà èñêëþ÷åíèåì ðàññåèâàíèÿ âïåðåä (forward scattering). Îñíîâûâàÿñü íà ýòîì óòâåðæäåíèè, H.E.
Conzett [18] ïîêàçàë, ÷òî èñòèííûé íóëåâîé òåñò âðåìåííîé èíâàðèàíòíîñòè
ìîæíî ïðîâåñòè ñ èñïîëüçîâàíèåì òåíçîðíî ïîëÿðèçîâàííîé âíóòðåííåé ìèøåíè è âåêòîðíî ïîëÿðèçîâàííîãî ïó÷êà. Îí ïðåäëîæèë èçìåðèòü àñèììåòðèþ ïîëíîãî ñå÷åíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ Ay,xz ïîëÿðèçîâàííûõ ÷àñòèö ñî ñïèíîì
⁄2 ñ ÷àñòèöàìè ñî ñïèíîì 1.
Íàèáîëåå òî÷íûå èçìåðåíèÿ âåëè÷èíû Ay,xz ïðîèçâåäåíû â ýêñïåðèìåíòå ïî ïðîïóñêàíèþ íåéòðîíîâ ÷åðåç 1 65Ho [19]. Ââèäó òîãî, ÷òî òåíçîðíàÿ
ïîëÿðèçàöèÿ 1 65Ho ñîçäàåòñÿ òîëüêî îäíèì âàëåíòíûì íóêëèäîì, ýôôåêò
ïîëÿðèçàöèè îñëàáëåí îñòàëüíûìè 164 íóêëèäàìè. Ýòîò ýôôåêò îñëàáëåíèÿ
1
8
ïîëÿðèçàöèè ìîæíî èçáåæàòü, åñëè â ýêñïåðèìåíòå èñïîëüçîâàòü ïðîñòåéøóþ ñèñòåìó ñî ñïèíàìè 1⁄2 - 1, òî åñòü p-d ðàññåèâàíèå íà COSY (ýêñïåðèìåíò
íà âíóòðåííåé ìèøåíè).
Ðèñ. 1.1: Ñõåìà ýêñïåðèìåíòà TRIC.
Ðèñ. 1.2: Ñèòóàöèÿ ñ îáðàùåííûìè âðåìåíåì äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò îáðàùåíèÿ
ñïèíà ïðîòîíà èëè äåéòðîíà. a) Îñíîâíàÿ êîíôèãóðàöèÿ ñèñòåìû. b) Ìîäåëèðîâàíèå ñèòóàöèè ñ îáðàùåííûì âðåìåíåì (èìïóëüñû è ñïèíû îáðàùåíû,
÷àñòèöû ïîìåíÿëèñü ìåñòàìè). ×òîáû èìåòü âîçìîæíîñòü íàïðÿìóþ ñðàâíèâàòü a) è b), ïðèìåíÿåòñÿ âðàùåíèå Ry (π) èëè Rx (π) íà 180 ãðàäóñîâ âîêðóã
îñè y èëè x, ïðèâîäÿùåå ê ñèòóàöèè c) èëè d) ñîîòâåòñòâåííî. Ýòî êîððåêòíî
ïîòîìó, ÷òî ïðîöåññ ðàññåèâàíèÿ íå ÷óâñòâèòåëåí ê ïîâîðîòàì.
Íà ñèíõðîòðîíå COSY ïëàíèðóåòñÿ ïðîâåñòè èçìåðåíèå âåëè÷èíû Ay,xz â
p-d ñèñòåìå ñ ïðîòîííîé ïîëÿðèçàöèåé Py âäîëü îñè y è äåéòðîííîé òåíçîðíîé ïîëÿðèçàöèåé Pxz ëåæàùåé â ïëîñêîñòè xz . Âåëè÷èíà ýíåðãèè ïðîòîííîãî ïó÷êà 135Ìý ( 512 ÌýÂ/c) ïîäîáðàíà òàêèì îáðàçîì ÷òîáû ìàêñèìàëüíî
9
óñèëèòü âçàèìîäåéñòâèÿ, âåäóùèå ê íàðóøåíèþ âðåìåííîé èíâàðèàíòíîñòè.
Ê òîìó æå, ïðè ýòîé ýíåðãèè ìîæíî íå èñïîëüçîâàòü ýëåêòðîííîå îõëàæäåíèå, à ïðè óñêîðåíèè îò ýíåðãèè èíæåêöèè íåîáõîäèìî èçáåãàòü òîëüêî îäèí
äåïîëÿðèçóþùèé ðåçîíàíñ [2].
Ðàññåèâàíèå ïðîòîííîãî ïó÷êà ïëàíèðóåòñÿ ïðîèçâîäèòü íà âíóòðåííåé
äåéòðîííîé ìèøåíè PAX ñèíõðîòðîíà COSY (ðèñóíîê 1.1). Ïîòåðè ÷àñòèö
öèðêóëèðóþùåãî ïðîòîííîãî ïó÷êà íà äåéòðîííîé ìèøåíè èçìåðÿþòñÿ ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ êàê ôóíêöèÿ âåêòîðíîé è òåíçîðíîé ïîëÿðèçàöèè Py è Pxz
ñîîòâåòñòâåííî. Òàêèì îáðàçîì, â äàííîì ýêñïåðèìåíòå ñèíõðîòðîí COSY ðàáîòàåò íå òîëüêî êàê óñêîðèòåëü, à òàêæå êàê ïåðåäíèé ñïåêòðîìåòð (forward
spectrometer) è äåòåêòîð [2].
Ðèñ. 1.3: Ñèíõðîòðîí COSY, öèêëîòðîí JULIC, ëèíèÿ èíæåêöèè, âíóòðåííèå
è âíåøíèå ìèøåíè.
Äëÿ òîãî, ÷òîáû âîñïðîèçâåñòè ñèòóàöèþ ñ îáðàùåííûì âðåìåíåì, ïðåäëàãàåòñÿ èíâåðòèðîâàòü âåêòîð ïîëÿðèçàöèè Py ïðîòîííîãî ïó÷êà, ëèáî ïîâîðà÷èâàòü òåíçîð ïîëÿðèçàöèè äåéòðîííîé ìèøåíè (ðèñóíîê 1.2). Åñëè íàðóøàåòñÿ âðåìåííàÿ èíâàðèàíòíîñòü, òî ïðè ïðîõîæäåíèè ïó÷êà ÷åðåç ìèøåíü
âåëè÷èíà ðàññåèâàíèÿ áóäåò çàâèñåòü îò âçàèìíîé êîíôèãóðàöèè ïîëÿðèçàöèè ïó÷êà è ìèøåíè. Êàê èçîáðàæåíî íà ðèñóíêå 1.3, ñêîðîñòü ñïàäà âåëè÷èíû òîêà öèðêóëèðóþùåãî â óñêîðèòåëå ïó÷êà çàâèñèò îò ïîëÿðèçàöèè ïó÷êà
è ìèøåíè. Ïîêàçàíî, ÷òî ñêîðîñòü ñïàäà òîêà íå çàâèñèò 1) îò ïîòåðü ÷àñòèö
â êîëüöå, åñëè ýòè ïîòåðè íå çàâèñÿò îò Py è 2) òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ âåëè÷èíû Ay,xz ðàñòåò ñ êîëè÷åñòâîì ïðîõîæäåíèè ïó÷êà ÷åðåç ìèøåíü. Èç ýòîãî
ñëåäóåò, ÷òî íåîáõîäèìî èçìåðÿòü òîê ïó÷êà ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ [2].
10
1.4
Ñèíõðîòðîí COSY
Ñèíõðîòðîí COSY íàó÷íîãî öåíòðà Þëèõ ñïîñîáåí óñêîðÿòü è íàêàïëèâàòü ïó÷êè ïîëÿðèçîâàííûõ è íåïîëÿðèçîâàííûõ ïðîòîíîâ è äåéòðîíîâ ñ
ìàêñèìàëüíûì èìïóëüñîì p = 3, 7ÃýÂ/c. Ïðîòîííûé ïó÷îê, ïðîéäÿ ïðåäóñêîðåíèå íà öèêëîòðîíå JULIC, èíæåêòèðóåòñÿ â êîëüöî COSY [20]. Óñòàíîâêè
äëÿ âíåøíèõ ýêñïåðèìåíòîâ, òàêèå êàê COSY-TOF [21], ðàñïîëîæåíû íà ëèíèè ýêñòðàêöèè, â òî âðåìÿ êàê óñòàíîâêè äëÿ âíóòðåííèõ ýêñïåðèìåíòîâ
PAX [22] è ANKE [23] ðàñïîëîæåíû âíóòðè êîëüöà (ðèñóíîê 1.4). Ñèíõðîòðîí COSY ñëóæèò äëÿ ýêñïåðèìåíòà TRIC îäíîâðåìåííî êàê óñêîðèòåëü,
ñïåêòðîìåòð íóëåâîãî óãëà (zero-degree spectrometer) è äåòåêòîð [24].
Ðèñ. 1.4: Ñèíõðîòðîí COSY.
Íà ñèíõðîòðîíå COSY äîñòóïíî äâà ìåõàíèçìà îõëàæäåíèÿ ïðîòîííîãî
ïó÷êà:
ˆ Ïðè ýëåêòðîííîì îõëàæäåíèè â ïðîòîííûé ïó÷îê èíæåêòèðóåòñÿ ïëîòíûé ýëåêòðîííûé ïó÷îê. Çà ñ÷åò êóëîíîâñêèõ ñèë ïðèòÿæåíèÿ ìåæäó
11
ýëåêòðîíàìè è ïðîòîíàìè ïðîèñõîäèò ñæàòèå ôàçîâîãî îáúåìà ïó÷êà.
Ïîñëå îõëàæäåíèÿ ïðîòîííîãî ïó÷êà ýëåêòðîíû âûâîäÿòñÿ èç êîëüöà è
ïîïàäàþò íà äåìïôåðíóþ ìèøåíü. Ýëåêòðîííîå îõëàæäåíèå ðàáîòàåò
ïðè èìïóëüñàõ ïó÷êà äî 2,88ÃýÂ/c.
ˆ Ïðè ñòîõàñòè÷åñêîì îõëàæäåíèè èçìåðÿåòñÿ âåëè÷èíà îòêëîíåíèÿ ïðîòîííîãî ïó÷êà îò èäåàëüíîé îðáèòû ïðè ïîìîùè ¼ìêîñòíîãî pick-up
ñåíñîðà. Ïðîïîðöèîíàëüíûé âåëè÷èíå îòêëîíåíèÿ ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà
¼ìêîñòíîé kicker-device ðàñïîëîæåííûé íà îïðåäåëåííîì ðàññòîÿíèè îò
pick-up ñåíñîðà. Kicker-device âîçäåéñòâóåò íà ïó÷îê â òîì æå îáîðîòå
òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ñêîìïåíñèðîâàòü ïîïåðå÷íîå îòêëîíåíèå ïó÷êà
îò îðáèòû. Ïðîäîëæàÿ ýòîò ïðîöåññ è ó÷èòûâàÿ ïðè ýòîì ýíåðãèþ ïó÷êà ìîæíî óìåíüøèòü ðàçáðîñ âåëè÷èíû ïîïåðå÷íîãî èìïóëüñà ïó÷êà.
Ñòîõàñòè÷åñêîå îõëàæäåíèå ðàáîòàåò ïðè èìïóëüñàõ ïó÷êà îò 1,5 äî
3,7ÃýÂ/c.
Ýêñïåðèìåíò TRIC@COSY ïëàíèðóåòñÿ ïðîâîäèòü íà âíóòðåííåé ìèøåíè
ñòàíöèè PAX. Äàííàÿ ñòàíöèÿ ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü òåíçîðíóþ ïîëÿðèçàöèþ äåéòðîííîãî ãàçà â ìèøåíè. Äåòåêòîð PAX ñîñòîèò èç ñïåêòðîìåòðà ñ
áîëüøèì àêñåïòàíñîì, ïåðåäíèì ñïåêòðîìåòðîì (forward spectrometer) è äåòåêòîðà îòäà÷è (recoil detector) [22].
12
Êîìïëåêñ äëÿ èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà
Ïðè ïðîâåðêå íàðóøåíèÿ âðåìåííîé ñèììåòðèè â ýêñïåðèìåíòå TRIC (ñì.
ãëàâó 1) íåîáõîäèìî èìåòü âûñîêîòî÷íûå ïðèáîðû äëÿ èçìåðåíèÿ òîêà ïó÷êà.
Äîñòóïíûå â ëàáîðàòîðèè äàò÷èêè òîêà ïó÷êà èìåþò ðàçëè÷íûå ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè ïî îòíîøåíèþ äðóã ê äðóãó, ïîýòîìó íåîáõîäèìî ïðîàíàëèçèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêè êàæäîãî èç ýòèõ äàò÷èêîâ â îòäåëüíîñòè. Ñðåäè
ýòèõ ïàðàìåòðîâ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðèáîðà ê âåëè÷èíå òîêà ïó÷êà, ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ïðîäîëüíîìó ïðîôèëþ ïó÷êà, ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ïîçèöèè ïó÷êà
â ïîïåðå÷íîé ïëîñêîñòè, âðåìåííàÿ ñòàáèëüíîñòü èçìåðåíèÿ òîêà ïó÷êà è òàê
äàëåå.
Äëÿ àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê äàò÷èêîâ òîêà íåîáõîäèìî ïðîâåñòè ðÿä èçìåðåíèé ñ èçìåíÿþùèìèñÿ ïàðàìåòðàìè ïó÷êà. Äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïàðàìåòðîâ
äàò÷èêîâ òîêà ðàçðàáîòàí èñïûòàòåëüíûé ñòåíä [25], îñíàùåííûé òðåìÿ äàò÷èêàìè òîêà. Àíàëîãîâûå ñèãíàëû äàò÷èêîâ òîêà îöèôðîâûâàþòñÿ è ñ÷èòûâàþòñÿ ïðè ïîìîùè ñïåöèàëüíîé ýëåêòðîíèêè, ðàçìåùåííîé â ñèñòåìå ñáîðà
äàííûõ ÑÑÄ. Îöèôðîâàííûå ñèãíàëû çàïèñûâàþòñÿ íà æåñòêèé äèñê êîìïüþòåðà äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà ïðè ïîìîùè ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííîãî
ïðîãðàììíîãî ïðèëîæåíèÿ Preasure (ñì. ðàçäåë 2.3).
13
2.1
Èñïûòàòåëüíûé ñòåíä
Èñïûòàòåëüíûé ñòåíä ñëóæèò äëÿ èìèòàöèè òîêà ïó÷êà è åãî èçìåðåíèÿ
ïðè ïîìîùè ðàçëè÷íûõ äàò÷èêîâ òîêà (ðèñóíîê 2.1). Îí ñîñòîèò èç âàêóóìíîé ñèñòåìû, ðàçìåùåííîé íà ïîäñòàâêàõ è ñíàáæåííîé òðåìÿ äàò÷èêàìè òîêà: èíòåãðèðóþùåãî òðàíñôîðìàòîðà òîêà, äàò÷èêà ïîëîæåíèÿ ïó÷êà è
ïàðàìåòðè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ òîêà. Äëÿ èìèòàöèè ïó÷êà èñïîëüçóåòñÿ
òîíêèé ìåäíûé ïðîâîäíèê, ïðîòÿíóòûé âíóòðè âàêóóìíîé ñèñòåìû è çàìûêàþùèéñÿ íà âíåøíèé ïðîâîäíèê ÷åðåç äåëèòåëè íàïðÿæåíèÿ (ðèñóíîê 2.2).
Ïîëîæåíèå ïðîâîäíèêà ðåãóëèðóåòñÿ ïðè ïîìîùè äâóõ óñòðîéñòâ äëÿ òî÷íîé óñòàíîâêè ïîçèöèè ïðîâîäíèêà â ïëîñêîñòè X-Y. Êîíóñîâèäíûå çàãëóøêè íà êîíöàõ âàêóóìíîé ñèñòåìû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïîäàâëåíèÿ îòðàæåííûõ
âîëí [25].
Ðèñ. 2.1: Âíåøíèé âèä òåñòîâîé ñòàíöèè.
Ïðè èìèòàöèè òîêà ïó÷êà, ïî ïðîâîäíèêó èñïûòàòåëüíîãî ñòåíäà ïðîïóñêàåòñÿ èìïóëüñ òîêà, ãåíåðèðóåìûé ñòàíäàðòíûì ãåíåðàòîðîì íàïðÿæåíèÿ [26]. Âõîäíîå è âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå èñïûòàòåëüíîãî ñòåíäà ñîãëàñîâàíî ñ âîëíîâûì ñîïðîòèâëåíèåì ñòàíäàðòíîãî êàáåëÿ ïðè ïîìîùè äåëèòåëåé
íàïðÿæåíèÿ R1 R2 è R3 R4 . Âíóòðåííèé ïðîâîäíèê èìååò ñîïðîòèâëåíèå Rwire ,
èíäóêòèâíîñòü Lwire è åìêîñòü Cwire . Ïîëåçíî îïðåäåëèòü ýòè âåëè÷èíû.
Âíóòðåííèé ïðîâîäíèê èìååò àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå
Rwire =
ρlwire
= 172Îì,
A
(2.1)
ãäå ρ = 0, 092 Îìì·ìì óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ìåäíîé ïðîâîëîêè, lwire =
2
2
3677ì äëèíà ïðîâîëîêè è A = πrwire
= 1, 96 · 10−3 ìì2 ïëîùàäü ïîïåðå÷-
14
Ðèñ. 2.2: Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà òåñòîâîé ñòàíöèè.
íîãî ñå÷åíèÿ ïðîâîëîêè.
Ïðîâîëîêà òàêæå îáëàäàåò ðåàêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì, îáóñëîâëåííûì
íàëè÷èåì åìêîñòè è èíäóêòèâíîñòè. Âû÷èñëèì åìêîñòü êîíå÷íîãî ïðîâîäíèêà, âîñïîëüçîâàâøèñü ôîðìóëîé [27]
Cwire =
ãäå λ = 2ln
lwire
Rwire
λ 1+
4π0 lwire
1,086766
0,6137056
+
2
λ
λ
= 17, 67ïÔ,
(2.2)
.
Èíäóêòèâíîñòü ïðîâîëîêè âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå [28]
"
Lwire = 2 lwire ln
lwire +
p
2
2
lwire
+ Rwire
Rwire
!
q
2
2
− lwire
− Rwire
+
lwire
+ Rwire · 10−7 = 8, 71ìêÃí
4
(2.3)
Äëÿ ïåðâîé ãàðìîíèêè ïðÿìîóãîëüíîãî ñèãíàëà èìïåäàíñ ïðîâîäíèêà (áåç
ó÷åòà ñîïðîòèâëåíèÿ ñîãëàñóþùåé íàãðóçêè) ðàâåí
Z = R + j ωLwire −
1
ωCwire
= 172 − j8, 95 · 103 Îì
(2.4)
Äèàïàçîí ïàðàìåòðîâ èìèòèðóåìîãî òîêà ïó÷êà ãëàâíûì îáðàçîì îãðàíè÷åí õàðàêòåðèñòèêàìè èñïîëüçóåìîãî ãåíåðàòîðà ñèãíàëîâ [26].  äàííîé
ðàáîòå äëÿ óïðîùåíèÿ èçìåðåíèé è àíàëèçà äàííûõ èñïîëüçóåòñÿ ñèãíàë ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Ìèíèìàëüíàÿ äîñòóïíàÿ äëèòåëüíîñòü ïðÿìîóãîëüíîãî
ñèãíàëà â èñïîëüçóåìîì ãåíåðàòîðå ñîñòàâëÿåò 500íñ. Äëÿ èñïûòàíèÿ äàò÷èêîâ òîêà öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü êîðîòêèå èìïóëüñû òîêà, ïîýòîìó â õîäå
èçìåðåíèé áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ ñèãíàë ñ ìèíèìàëüíîé äîñòóïíîé äëèòåëüíîñòüþ 500íñ. ×àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ îãðàíè÷åíà ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è
15
äàííûõ ÑÑÄ è óñòàíîâëåíà ðàâíîé 1êÃö.
 ýêñïåðèìåíòå TRIC õàðàêòåðíàÿ âåëè÷èíà çàðÿäà ïó÷êà ðàâíà ñóììàðíîìó çàðÿäó ïîðÿäêà 1010 ïðîòîíîâ [2]. Èñõîäÿ èç ýòîãî óñëîâèÿ íóæíî îïðåäåëèòü äèàïàçîí àìïëèòóä íàïðÿæåíèé ñèãíàëà ãåíåðàòîðà. Ïî îïðåäåëåíèþ,
òîê ÷åðåç ïðîâîäíèê ñâÿçàí ñ âåëè÷èíîé ïðîòåêàþùåãî çàðÿäà ÷åðåç ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå
dQ
,
(2.5)
dt
ãäå dQ âåëè÷èíà çàðÿäà, ïðîòåêàþùåãî çà âðåìÿ dt.  ñâîþ î÷åðåäü, ïî
çàêîíó Îìà, òîê â ïðîâîëîêå ðàâåí
Iwire =
Iwire =
Uwire
,
Rwire + R3 + R4
(2.6)
ãäå Uwire íàïðÿæåíèå â ïðîâîäíèêå. Ïîäñòàâèì (2.5) â (2.6) è ïîëó÷èì àìïëèòóäó íàïðÿæåíèÿ ïðÿìîóãîëüíîãî ñèãíàëà:
UA = Uwire = (Rwire + R3 + R4 )
dQ
.
dt
(2.7)
Òàê êàê â ïðåäåëàõ ñèãíàëà â ïðîâîëîêå ïðîòåêàåò òîê ïîñòîÿííîé âåëè÷èíû, òî âåëè÷èíà ñóììàðíîãî çàðÿäà çàâèñèò îò âðåìåíè ëèíåéíî è ìîæíî
ïîëîæèòü
dQ ∆Q eNp
=
=
,
(2.8)
dt
∆t
∆t
ãäå e = 1, 602 · 10−19 Êë - çàðÿä ïðîòîíà, Np - ÷èñëî ïðîòîíîâ â ïó÷êå. Ïîäñòàâèâ ýòî óðàâíåíèå â (2.7), ïîëó÷èì îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìóëó äëÿ ðàñ÷åòà
àìïëèòóäû íàïðÿæåíèÿ ïðÿìîóãîëüíîãî ñèãíàëà
UA =
eNp (Rwire + R3 + R4 )
∆t
(2.9)
Ïîäñòàâèâ èçâåñòíûå âåëè÷èíû â ôîðìóëó (2.9), ïîëó÷èì UA = 860ìÂ. Òàêèì
îáðàçîì, ÷òîáû âûçâàòü èìïóëüñ òîêà ñ çàðÿäîì ∼ 1, 6íÊë â èñïûòàòåëüíîì
ñòåíäå, íåîáõîäèìî ïîäàòü íà âõîä èñïûòàòåëüíîãî ñòåíäà ïðÿìîóãîëüíûé
ñèãíàë ñ äëèòåëüíîñòüþ 500íñ è âåëè÷èíîé àìïëèòóäû 860ìÂ. Åñëè èçâåñòíà
âåëè÷èíà çàðÿäà èìïóëüñà òîêà è òðåáóåòñÿ çíàòü àìïëèòóäó ñèãíàëà UA , òî
ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ ôîðìóëîé (2.7).
 òàáëèöå 2.1 ïðèâåäåíû îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè òåñòîâîé ñòàíöèè.
16
Òàáëèöà 2.1: Õàðàêòåðèñòèêè òåñòîâîé ñòàíöèè
Ïàðàìåòð
Äëèíà òåñòîâîé ñòàíöèè, ìì
Ðàäèóñ âíóòðåííåãî ïðîâîäíèêà, ìêì
Ñîïðîòèâëåíèå âíóòðåííåãî ïðîâîäíèêà, Îì
×àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ, êÃö
Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà, íñ
Äèàïàçîí èçìåðÿåìûõ çíà÷åíèé çàðÿäà, íÊë
17
Çíà÷åíèå
3677
25
172
1
500
0,2 - 2
2.1.1
Èíòåãðèðóþùèé òðàíñôîðìàòîð òîêà
ÈÒÒ ýòî âûñîêîòî÷íûé ïàññèâíûé ïðåîáðàçîâàòåëü äëÿ èçìåðåíèÿ çàðÿäà
êîðîòêîãî èìïóëüñà òîêà. Äàííûé ïðåîáðàçîâàòåëü ñïîñîáåí èíòåãðèðîâàòü
ñèãíàëû ñ âðåìåíåì íàðàñòàíèÿ ïîðÿäêà ïèêîñåêóíä áåç çíà÷èòåëüíûõ ïîòåðü
[29].
×óâñòâèòåëüíàÿ ÷àñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ðèñóíîê 2.4) ïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ îáìîòêó òðàíñôîðìàòîðà, çàêîðî÷åííóþ íà åìêîñòü (ðèñóíîê 2.3). Çàðÿæåííûé ïó÷îê, ïðîëåòàÿ ÷åðåç îáìîòêó, èíäóöèðóåò â íåé ÝÄÑ. Âòîðàÿ îáìîòêà òðàíñôîðìàòîðà âêëþ÷åíà â öåïü óñèëåíèÿ, ñ÷èòûâàíèÿ è èíòåãðèðîâàíèÿ.
Ðèñ. 2.3: Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà äàò÷èêà ÈÒÒ.
Ðèñ. 2.4: Âíåøíèé âèä äàò÷èêà ÈÒÒ.
Óñèëåííûé ñèãíàë ïîñòóïàåò íà âõîä ìîíèòîðà çàðÿäà ïó÷êà (Beam Charge
Monitor). Ìîíèòîð çàðÿäà ïó÷êà èíòåãðèðóåò óñèëåííûé ñèãíàë è ñîçäàåò
íà âûõîäå íàïðÿæåíèå, ïðîïîðöèîíàëüíîå çàðÿäó ïó÷êà. Âíå çàâèñèìîñòè îò
18
âðåìåíè íàðàñòàíèÿ èìïóëüñà òîêà, ìîíèòîð çàðÿäà ïó÷êà ãåíåðèðóåò ñèãíàë
ñî âðåìåíåì íàðàñòàíèÿ 20íñ è äëèòåëüíîñòüþ 400ìêñ.
ÈÒÒ ïîçâîëÿåò èíòåãðèðîâàòü îòäåëüíî âçÿòûå ñèãíàëû ïðè ïîìîùè âíåøíåãî òðèããåðà. Äëÿ ýòîãî ñóùåñòâóåò òðè âðåìåííûõ îêíà: çàäåðæêà òðèããåðà, ïîëîæèòåëüíî-èíòåãðèðóþùåå îêíî è îòðèöàòåëüíî èíòåãðèðóþùåå îêíî.
Ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ çíà÷åíèÿ èíòåãðàëîâ â îáîèõ îêíàõ ñêëàäûâàþòñÿ, òåì
ñàìûì óìåíüøàåòñÿ óðîâåíü øóìà [29].
19
2.1.2
Äàò÷èê ïîëîæåíèÿ ïó÷êà
ÄÏÏ ñëóæèò äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîçèöèè ïó÷êà, à òàêæå äëÿ èçìåðåíèÿ
òîêà ïó÷êà.
×óâñòâèòåëüíàÿ ÷àñòü ïðèáîðà ñîñòîèò èç ÷åòûðåõ ¼ìêîñòíûõ îáêëàäîê,
ðàçðåçàííûõ ïî äèàãîíàëè è ðàñïîëîæåííûõ ïîä óãëîì 90 ãðàäóñîâ äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà äëÿ ïðèäàíèÿ ïðèáîðó ÷óâñòâèòåëüíîñòè âäîëü ãîðèçîíòàëüíîé è âåðòèêàëüíî îñè (ðèñóíêè 2.5, 2.6).
Ðèñ. 2.5: Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÄÏÏ (èçîáðàæåíû âåðòèêàëüíûå ýëåêòðîäû).
Ðèñ. 2.6: Âíåøíèé âèä ýëåêòðîäîâ ÄÏÏ.
20
Çàðÿæåííûé ïó÷îê, ïðîëåòàÿ ìåæäó îáêëàäîê, èíäóöèðóåò íà íèõ çåðêàëüíûé çàðÿä, ïðîïîðöèîíàëüíûé âåëè÷èíå çàðÿäà ïó÷êà è åãî ðàññòîÿíèþ
äî îáêëàäêè. Ïó÷îê, ïðîëåòàþùèé ÷åðåç ãåîìåòðè÷åñêèé öåíòð ïðèáîðà, èíäóöèðóåò íà îáêëàäêàõ îäèíàêîâûé çàðÿä.
Áëàãîäàðÿ äèàãîíàëüíîìó ðàçðåçó îáêëàäîê, ñèãíàë íà ýëåêòðîäàõ ëèíåéíî çàâèñèò îò îòêëîíåíèÿ ïó÷êà îò ãåîìåòðè÷åñêîãî öåíòðà è íå çàâèñèò îò
âåëè÷èíû òîêà [30] [31]. Íàïðèìåð, âåðòèêàëüíîå îòêëîíåíèå ïó÷êà ìîæíî
îöåíèòü ïî ôîðìóëå
y=
1 ∆U
,
Sy ΣU
(2.10)
ãäå Sy ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê îòêëîíåíèþ ïî âåðòèêàëüíîé îñè, ∆U = Uup −
Udown ðàçíèöà, à ΣU = Uup + Udown ñóììà ñèãíàëîâ ñ âåðõíåãî è íèæíåãî
ýëåêòðîäîâ ñîîòâåòñòâåííî. Âåëè÷èíà ΣU ïðîïîðöèîíàëüíà âåëè÷èíå çàðÿäà
ïó÷êà, ïîýòîìó ÄÏÏ ìîæåò ñëóæèòü êàê äàò÷èê òîêà.
21
2.1.3
Ïàðàìåòðè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü òîêà
ÏÏÒ ÷óâñòâèòåëåí êàê ê ïåðåìåííîìó, òàê è ê ïîñòîÿííîìó òîêó ïó÷êà.
Íà ðèñóíêå 2.7 èçîáðàæåíà ñõåìà ñ ÷åòûðüìÿ òîðîèäàëüíûìè ñåðäå÷íèêàìè ðàñïîëîæåííûìè òàê, ÷òî ïðîòîííûé ïó÷îê, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç öåíòðû
ñåðäå÷íèêîâ, îáðàçóåò îäèíî÷íûé âèòîê âîêðóã ñåðäå÷íèêîâ. Âíåøíèé âèä
äàò÷èêà ÏÏÒ èçîáðàæåí íà ðèñóíêå 2.8.
Ðèñ. 2.7: Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÏÏÒ.
Ðèñ. 2.8: Âíåøíèé âèä äàò÷èêà ÏÏÒ.
22
Òîðîèä T1 ñëóæèò äëÿ èçìåðåíèÿ òîêà ïó÷êà è èìååò äâå îáìîòêè, çàìûêàþùèõ öåïü îáðàòíîé ñâÿçè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ OP1. Ïîñòîÿííàÿ
ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà ïó÷êà, òî÷íåå, ðàçíèöà ìåæäó ýôôåêòèâíûì òîêîì ïó÷êà è òîêîì, òåêóùåì â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè (dc error) ôèêñèðóåòñÿ öåïüþ
ìîäóëÿòîð-äåìîäóëÿòîð (T2...T4), êîòîðàÿ ãåíåðèðóåò ñèãíàë äëÿ OP1 êîìïåíñèðóþùèé ðàçíèöó ìåæäó òîêàìè.
Îáìîòêè ñåðäå÷íèêîâ Ò3 è Ò4 â öåïè ìîäóëÿòîðà èäåíòè÷íû, íî èìåþò
ïðîòèâîïîëîæíûå íàïðàâëåíèÿ. Ýòè ñåðäå÷íèêè ââîäÿòñÿ â íàñûùåíèå ñ ÷àñòîòîé ìîäóëÿöèè 250Ãö. Îáùàÿ îáìîòêà ñíèìàåò ñ ñåðäå÷íèêîâ âòîðóþ ãàðìîíèêó, ïðîïîðöèîíàëüíóþ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà ïó÷êà, äëÿ äàëüíåéøåé îáðàáîòêè â äåìîäóëÿòîðå. Òàê êàê ñåðäå÷íèêè ââîäÿòñÿ â íàñûùåíèå
äâàæäû çà ïåðèîä, ÷àñòîòà äåìîäóëÿòîðà óäâîåíà.
Ñåðäå÷íèê T2 â ñîâîêóïíîñòè ñ åìêîñòüþ C2 ñëóæàò äëÿ êîìïåíñàöèè
âûñîêî÷àñòîòíûé ñîñòàâëÿþùèõ òîêà â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè, èíäóêòèðóåìûõ
ìîäóëÿòîðîì.
Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ïðîïîðöèîíàëüíîå òîêó ïó÷êà, ñíèìàåòñÿ ñ âûñîêîòî÷íîãî ðåçèñòîðà RL â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè [32] [33].
23
2.2
Ñèñòåìà ñáîðà äàííûõ
ÑÑÄ ñëóæèò äëÿ ñíÿòèÿ ïîêàçàíèé ðàçëè÷íûõ ïðèáîðîâ è çàïèñè èíôîðìàöèè íà æåñòêèé äèñê êîìïüþòåðà äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà. ÑÑÄ âêëþ÷àåò â ñåáÿ NIM, VME è LVDS êðåéòû ñ ðàçëè÷íûìè ýëåêòðîííûìè ìîäóëÿìè
äëÿ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, à òàê æå óïðàâëÿþùèé êîìïüþòåð äëÿ ñ÷èòûâàíèÿ
è ñîõðàíåíèÿ èíôîðìàöèè ñ ýòèõ ìîäóëåé (ðèñóíîê 2.9).
Ðèñ. 2.9: Âíåøíèé âèä ÑÑÄ.
Àíàëîãîâûé ñèãíàë ñ ÄÏÏ õàðàêòåðèçóåò ïîïåðå÷íûé ïðîôèëü ïó÷êà è
ïîýòîìó, ïðè æåëàíèè ðàáîòàòü ñ çàðÿäîì ïó÷êà, òðåáóåòñÿ äîïîëíèòåëüíîå
èíòåãðèðîâàíèå ýòîãî ñèãíàëà ïî âðåìåíè. Äëÿ îöèôðîâêè ñèãíàëà ñ ÄÏÏ
èñïîëüçóåòñÿ áûñòðûé àíàëîãîâî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü QDC [34], ðàñïîëîæåííûé â LVDS êðåéòe.
Ñèãíàë ñ ýëåêòðîíèêè ÈÒÒ õàðàêòåðèçóåò çàðÿä ïó÷êà è íå òðåáóåò äîïîëíèòåëüíîãî èíòåãðèðîâàíèÿ. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ïðîïîðöèîíàëüíîå çàðÿäó ïó÷êà, ïîäàåòñÿ íà âõîä âîëüò-÷àñòîòíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (Voltage to
24
Frequency Converter, VFC), êîòîðûé ïðåîáðàçóåò âõîäíîå íàïðÿæåíèå â ïåðèîäè÷åñêèé ñèãíàë, ÷àñòîòà êîòîðîãî ïðîïîðöèîíàëüíà âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ.
Äëÿ ñ÷èòûâàíèÿ èìïóëüñîâ ñ VFC èñïîëüçóåòñÿ ñêåéëåðíûé ìîäóëü SIS 3820
èç VME êðåéòà. Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ñ÷èòûâàåòñÿ âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ
íà âûõîäå ÏÏÒ, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ âåëè÷èíå òîêà ïó÷êà.
Ñ÷èòûâàíèå âñåõ ìîäóëåé â ÑÑÄ ïðîèñõîäèò ïî âíåøíåìó ñèãíàëy, íàçûâàåìûì òðèããåðíûì.  èçìåðåíèÿ èñïîëüçîâàëàñü ÷àñòîòà òðèããåðíîãî ñèãíàëà ðàâíàÿ 1êÃö. Âðåìÿ îò ïðèõîäà òðèããåðíîãî ñèãíàëà äî çàâåðøåíèÿ ñ÷èòûâàíèÿ âñåõ ìîäóëåé íàçûâàþò "ìåðòâûì"âðåìåíåì, èëè "deadtime"(ðèñóíîê 2.10).
Ýòî âðåìÿ, â òå÷åíèè êîòîðîãî ÑÑÄ íå ðåàãèðóåò íà âíåøíèå ñèãíàëû. Óïðàâëÿþùèé êîìïüþòåð çàïèñûâàåò íà æåñòêèé äèñê ôàéë, ñîäåðæàùèé â ñåáå
èíôîðìàöèþ ñ ìîäóëåé â ìîìåíò ïðèõîäà òðèããåðíîãî ñèãíàëà.
Ðèñ. 2.10: Òðèããåðíûé ñèãíàë.
Ôàêòè÷åñêè, ñ÷èòûâàíèå ïðîèñõîäèò ïî èíñòðóìåíòàëüíûì ñèñòåìàì (ãðóïïà ìîäóëåé, èìåþùèõ ôèçè÷åñêóþ èëè ëîãè÷åñêóþ ñâÿçü), ïîýòîìó â äàëüíåéøåì äîñòóï ê äàííûì ïðîèñõîäèò ïî íîìåðó èíñòðóìåíòàëüíîé ñèñòåìû.
Äàííûå, ïîëó÷åííûå çà îäèí òðèããåðíûé ñèãíàë, íàçûâàþò ñîáûòèåì (event).
 ñâîþ î÷åðåäü, ñîáûòèÿ ñîñòîÿò èç ïîä-ñîáûòèé (subevents), ôîðìèðóåìûõ
îòäåëüíî âçÿòûìè èíñòðóìåíòàëüíûìè ñèñòåìàìè. Ïîä-ñîáûòèÿ ñîñòîÿò èç
ïîñëåäîâàòåëüíîñòè 32-áèòíûõ ñëîâ.
25
2.3
Ïðîãðàììíîå ïðèëîæåíèå Preasure
Ìíîæåñòâî äàííûõ, ñ÷èòûâàåìûõ ñ ìîäóëåé ÑÑÄ, íåîáõîäèìî äåêîäèðîâàòü, âûáðàòü è ïðîàíàëèçèðîâàòü. Äëÿ ýòîé öåëè ðàçðàáîòàíî ïðîãðàììíîå
ïðèëîæåíèå Preasure (îò Precise Current Measurements), ñîäåðæàùåå â ñåáå
íåîáõîäèìûå ñðåäñòâà äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ äàííûõ ñ ÑÑÄ è àíàëèçà ïàðàìåòðîâ äàò÷èêîâ òîêà.
Ïðèëîæåíèå Preasure (ñì. ðèñóíîê 2.11) îñíîâûâàåòñÿ íà áèáëèîòåêå RootSorter,
èçíà÷àëüíî ðàçðàáîòàííîé äëÿ ýêñïåðèìåíòà Anke@COSY è ðàñøèðÿåìîé
äëÿ äðóãèõ ýêñïåðèìåíòîâ, â òîì ÷èñëå äëÿ TRIC@COSY. RootSorter, â ñâîþ
î÷åðåäü, îñíîâàí íà øèðîêî èçâåñòíîé áèáëèîòåêå ROOT [35], ðàçðàáîòàííîé
â CERN.
Ðèñ. 2.11: Ñòðóêòóðà Preasure.
Îäíèì èç îñíîâíûõ ýòàïîâ ñîçäàíèÿ ïðèëîæåíèÿ Preasure ÿâëÿëàñü ðàçðàáîòêà ïðîãðàììíûõ ìîäóëåé äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ LVDS êðåéòà, ñîäåðæàùåãî
ìîäóëü QDC (ðèñóíîê 2.13). Êàê ïðàâèëî, ñ÷èòûâàíèå ìîäóëåé â ÑÑÄ ïðîèñõîäèò ïî èíäèâèäóàëüíûì èíñòðóìåíòàëüíûì ñèñòåìàì. Îäíàêî, LVDS êðåéò
íå ïîçâîëÿåò ñ÷èòûâàòü îòäåëüíî âçÿòûå ìîäóëè. Âìåñòî ýòîãî ôîðìèðóåòñÿ
ïîä-ñîáûòèå, ñîäåðæàùåå â ñåáå äàííûå ñî âñåõ ìîäóëåé â êðåéòå.
Íà ðèñóíêå 2.12 èçîáðàæåíà ñõåìà äåêîäèðîâàíèÿ äàííûõ ñ LVDS êðåéòà.
Ñåðâåð ÑÑÄ (óïðàâëÿþùèé êîìïüþòåð) ïðîèçâîäèò ñ÷èòûâàíèå âñåõ èíñòðóìåíòàëüíûõ ñèñòåì è ôîðìèðóåò ñîáûòèå. Äàëåå, ïî íîìåðó èíñòðóìåíòàëüíîé ñèñòåìû èçâëåêàþòñÿ äàííûå ñ LVDS êðåéòà, à çàòåì ñðåäñòâàìè Preasure
ïðîèçâîäèòñÿ äåêîäèðîâàíèå è çàïèñü â äåðåâî äàííûõ. Äëÿ ñðàâíåíèÿ íà
ðèñóíêå ïðèâåäåíû ñòðóêòóðû ïîä-ñîáûòèé LVDS êðåéòà è ñêåéëåðíîãî ìîäóëÿ SIS 3820. Âèäíî, ÷òî â ïåðâîì ñëó÷àå ïîä-ñîáûòèå ñîäåðæèò äàííûå ñ
26
Ðèñ. 2.12: Äåêîäèðîâàíèå LVDS êðåéòà ñðåäñòâàìè Preasure.
ìíîãî÷èñëåííûõ ìîäóëåé (äî 16). Èç-çà ôðàãìåíòèðîâàííîñòè äàííûõ, â ïîäñîáûòèè ñëîâà ñ òîãî èëè èíîãî ìîäóëÿ ìîãóò ïîÿâëÿòüñÿ ìíîãîêðàòíî è â
ïðîèçâîëüíîì ïîðÿäêå. Âî âòîðîì ñëó÷àå ïîä-ñîáûòèå èìååò êðàéíå ïðîñòóþ
ñòðóêòóðó: äëÿ êàæäîãî êàíàëà ñêåéëåðà âûäåëåíî îäíî ñëîâî. Â ëèñòèíãå 3.1
è 3.2 (ñì. Ïðèëîæåíèå) ïðèâåäåíû ôðàãìåíòû êîäà èç Preasure, âûïîëíÿþùèõ äåêîäèðîâàíèå LVDS êðåéòà.
Ðèñ. 2.13: Âíåøíèé âèä LVDS êðåéòà.
Ãèñòîãðàììà íà ðèñóíêå 2.14 äåìîíñòðèðóåò îäíó èç âîçìîæíîñòåé Preasure
äåêîäèðîâàíèå QDC ìîäóëÿ. Íà ãèñòîãðàììå èçîáðàæåí ðàçâåðíóòûé ïî
âðåìåíè è íîìåðó ñîáûòèÿ ñèãíàë ñ ÄÏÏ, îöèôðîâàííûé ïðè ïîìîùè ìîäóëÿ QDC. Â ëèñòèíãå 3.3 è 3.4 (ñì. Ïðèëîæåíèå) ïðèâåäåíû ôðàãìåíòû êîäà
27
èç Preasure, âûïîëíÿþùèõ äåêîäèðîâàíèå ìîäóëÿ QDC.
Ðèñ. 2.14: Ñèãíàë ñ ÄÏÏ äåêîäèðîâàííûé ïðè ïîìîùè Preasure.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà âêëþ÷àåò â ñåáÿ äàò÷èêè òîêà, èìåþùèå
ðàçëè÷íûå õàðàêòåðèñòèêè è ïðèíöèïû ðàáîòû. Äëÿ òîãî, ÷òîáû â íåêîòîðîé
ñòåïåíè àáñòðàãèðîâàòüñÿ îò ïðèðîäû äàò÷èêîâ è àíàëèçèðîâàòü èõ ïàðàìåòðû èñïîëüçóþ îáùèå òåðìèíû, â ðàìêàõ ïðèëîæåíèÿ Preasure áûë ðàçðàáîòàí ïðîãðàììíûé ìîäóëü äëÿ îöåíêè òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ ñðåäíåé âåëè÷èíû
çàðÿäà ïó÷êà òåì èëè èíûì äàò÷èêîì.
Ïîêàçàíèÿ äàò÷èêîâ òîêà ñ÷èòûâàþòñÿ ÑÑÄ è ïåðåäàþòñÿ ïðèëîæåíèþ
Preasure äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà (ðèñóíîê 2.15). Òàê êàê ÏÏÒ è ÈÒÒ ãåíåðèðóþò ñèãíàë, âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ êîòîðîãî óæå ïðîïîðöèîíàëüíà çàðÿäó
ïó÷êà, òî äîñòàòî÷íî ýòî íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòü â ïåðèîäè÷åñêèé ñèãíàë
ïðè ïîìîùè VFC è ñ÷èòàòü èìïóëüñû ïðè ïîìîùè ñêåéëåðíîãî ìîäóëÿ. Òàêèì îáðàçîì, íà âûõîäå èìååòñÿ äâà ÷èñëà, ïðîïîðöèîíàëüíûõ çàðÿäó ïó÷êà,
èçìåðåííûõ ÏÏÒ è ÈÒÒ.  äåðåâå äàííûõ ýòè ÷èñëà èìåþò íàçâàíèå Freq.
 ñâîþ î÷åðåäü, ÄÏÏ ñïîñîáåí èçìåðÿòü òîëüêî çàðÿä ïó÷êà, ïîýòîìó çàäà÷à èíòåãðèðîâàíèÿ ñèãíàëà âîçëîæåíà íà QDC è ïðèëîæåíèå Preasure. QDC
ïðîèçâîäèò âðåìåííóþ ðàçâåðòêó ñóììàðíîãî ñèãíàëà ñ ýëåêòðîäîâ ÄÏÏ, à
Preasure ïðîèçâîäèò èíòåãðèðîâàíèå ýòîãî ñèãíàëà (ñì. ëèñòèíã 3.5). Â äåðåâå äàííûõ ýòè èíòåãðàëû èìåþò íàçâàíèå RawInt. Ïîäîáíîå èíòåãðèðîâàíèå
ñèãíàëà òàêæå ìîæåò ïðîèçâîäèòñÿ ïðè ïîìîùè âñòðîåííîé ëîãèêè QDC, íî
28
ïðè îòíîñèòåëüíî ìàëîé âåëè÷èíå íàïðÿæåíèÿ èíòåãðèðóåìîãî ñèãíàëà òî÷íîñòü âû÷èñëåíèÿ èíòåãðàëà çíà÷èòåëüíî óõóäøàåòñÿ.
Ðèñ. 2.15: Àíàëèç äàò÷èêîâ òîêà ñðåäñòâàìè Preasure.
 îáùåé ñëîæíîñòè, äëÿ ðàçðàáîòêè ïðèëîæåíèÿ Preasure íàïèñàíî îêîëî
∼ 6400 ñòðîê êîäà.
29
Èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà
Äëÿ èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà èñïîëüçîâàëèñü äâà äàò÷èêà: èíòåãðèðóþùèé òðàíñôîðìàòîð òîêà è äàò÷èê ïîëîæåíèÿ ïó÷êà. Íàïîìíèì, ÷òî ÄÏÏ â
ñèëó ñâîèõ îñîáåííîñòåé ìîæåò òàêæå èçìåðÿòü çàðÿä ïó÷êà (ñì. ðàçäåë 2.1.2).
Êàæäûé äàò÷èê âõîäèò â öåïü ïðèáîðîâ, ïðåîáðàçóþùèõ àíàëîãîâûé ñèãíàë
â öèôðîâîé ñèãíàë, ïðèãîäíûé äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà äàííûõ. Èçìåðåíèÿ
ñ ïàðàìåòðè÷åñêèì ïðåîáðàçîâàòåëåì òîêà íå âîøëè â äàííóþ ðàáîòó òàê êàê
ýëåêòðîííàÿ ÷àñòü äàò÷èêà âûøëà èç ñòðîÿ.
Îäíà èç îñíîâíûõ öåëåé äàííîé ðàáîòû - îöåíêà ñèñòåìàòè÷åñêîé è ñëó÷àéíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà. Î÷åâèäíî, ÷òî ýòà âåëè÷èíà
ñâÿçàíà ñ ïîãðåøíîñòÿìè ïðèáîðîâ, âõîäÿùèõ â êîíêðåòíûé èçìåðèòåëüíûé
òðàêò. Îòñþäà âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ñèñòåìàòè÷åñêîãî àíàëèçà âñåõ ïðèáîðîâ â èçìåðèòåëüíîì òðàêòå.  ïîñëåäóþùèõ ðàçäåëàõ áóäåò îïèñàíà ïðîöåäóðà ïîâåðêè âñåõ ïðèáîðîâ, âõîäÿùèõ èçìåðèòåëüíûé òðàêò ÈÒÒ è ÄÏÏ,
à òàêæå áóäåò ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ïîâåðêè ïðèáîðîâ è èçìåðåíèÿ çàðÿäà
ïó÷êà.
30
3.1
3.1.1
Èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ
Èçìåðèòåëüíûé òðàêò è ïðîöåäóðà ïîâåðêè ïðèáîðîâ
Íà ðèñóíêå 3.1 èçîáðàæåíà ñõåìà èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè
ÈÒÒ. Ãåíåðàòîð G1 âûðàáàòûâàåò ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû íàïðÿæåíèÿ ñ
÷àñòîòîé ñëåäîâàíèÿ ðàâíîé ÷àñòîòå òðèããåðíîãî ñèãíàëà (1êÃö) ãåíåðàòîðà
G2 . Ãåíåðàòîð G1 íàãðóæåí íà öåïü òåñòîâîé ñòàíöèè, â êîòîðîé âûðàáàòûâàåòñÿ èìïóëüñ òîêà. Òåì ñàìûì, â ãðóáîì ïðèáëèæåíèè èìèòèðóåòñÿ òîê
ïó÷êà â óñêîðèòåëå (ñì. ðàçäåë 2.1). Ýëåêòðîííàÿ ÷àñòü ÈÒÒ è ñèñòåìà ñáîðà
äàííûõ òàêæå ñèíõðîíèçèðîâàíû ïî ñèãíàëó ãåíåðàòîðà G2 , ïîýòîìó èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà (çàðÿäà ñèãíàëà â ïðîâîëîêå) ïðîèñõîäèò îäíîâðåìåííî ñ
âîçíèêíîâåíèåì òîêà â òåñòîâîé ñòàíöèè. Ãåíåðàòîð Gref ñëóæèò èñòî÷íèêîì
îïîðíîé ÷àñòîòû è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îòñ÷åòà âðåìåíè â èçìåðåíèÿõ.
Ðèñ. 3.1: Èçìåðèòåëüíûé òðàêò ÈÒÒ (ICT). Ãåíåðàòîð G2 çàäàåò ÷àñòîòó ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ è ÷àñòîòó ñ÷èòûâàíèÿ ÑÑÄ (DAQ).
Íà âðåìåííîé äèàãðàììå (ðèñóíîê 3.2) èçîáðàæåíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü
òðèããåðíîãî ñèãíàëà è ñîïóòñòâóþùèå åìó ïðîöåññû ïðè èçìåðåíèè çàðÿäà
ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ. Ïî ïîëîæèòåëüíîìó ôðîíòó òðèããåðíîãî ñèãíàëà
(UG2 ) â òåñòîâîé ñòàíöèè âîçíèêàåò èìïóëüñ òîêà (Ibeam ). Â òî æå âðåìÿ,
ýëåêòðîííàÿ ÷àñòü ÈÒÒ ïðîèçâîäèò èíòåãðèðîâàíèå ñèãíàëà è âûäåðæèâàåò íà âûõîäå â òå÷åíèè 400ìêñ ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå UICT , ïî âåëè÷èíå
ïðîïîðöèîíàëüíîå âåëè÷èíå çàðÿäà ïó÷êà. Íàïðÿæåíèå UICT ïîñòóïàåò íà
âõîä âîëüò-÷àñòîòíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ VFC, êîòîðûé âûðàáàòûâàåò èìïóëü31
ñû íàïðÿæåíèÿ ñ ÷àñòîòîé ïðîïîðöèîíàëüíîé âåëè÷èíå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ñ÷åò÷èê èìïóëüñîâ â ñîñòàâå ÑÑÄ ñ÷èòàåò èìïóëüñû VFC è óâåëè÷èâàåò ïîêàçàíèå âíóòðåííåãî ñ÷åò÷èêà Nscaler . Ïðè ïîñòóïëåíèè îòðèöàòåëüíîãî
ôðîíòà òðèããåðíîãî ñèãíàëà ÑÑÄ ñîõðàíÿåò ïîêàçàíèå ñ÷åò÷èêà Nscaler êàê
îòäåëüíîå ñîáûòèå. Ïîñëå ýòîãî ñèñòåìà ãîòîâà ê ïîâòîðíîìó èçìåðåíèþ.
Ðàçíîñòü âåëè÷èí Nscaler â i-îì è i − 1-îì èçìåðåíèè ñëóæèò ìåðîé èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà. Èìåÿ îïîðíóþ ÷àñòîòó ãåíåðàòîðà Gref , âåëè÷èíó Nscaler
ìîæíî ïðåîáðàçîâàòü â âûõîäíóþ ÷àñòîòó VFC FV F C è çàòåì îïåðèðîâàòü ñ
íåé êàê ñ ìåðîé çàðÿäà ïó÷êà:
FV F C = Fref
Nscaler
Nref
(3.1)
Îïîðíàÿ ÷àñòîòà â 10ÌÃö áûëà èñïîëüçîâàíà äëÿ âñåõ èçìåðåíèé â ýòîé
ðàáîòå.
Ðèñ. 3.2: Âðåìåííàÿ äèàãðàììà èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ.
Äëÿ èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà Gref è VFC èñïîëüçîâàëèñü
äâà ïðèáîðà: ñ÷åò÷èê ñ ïðÿìîé èíäèêàöèåé, ðàñïîëîæåííûé â NIM êðåéòå
è ìíîãîêàíàëüíûé ñ÷åò÷èê â VME êðåéòå. Ñ÷åò÷èê ñ ïðÿìîé èíäèêàöèåé
ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü ïðîñòûå èçìåðåíèÿ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ñèñòåìû ñáîðà
äàííûõ. Ýòî ïîçâîëÿåò îöåíèòü òî÷íîñòü èçìåðÿåìîé âåëè÷èíû áåç èñïîëüçîâàíèÿ ñëîæíîé ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ, èçáåãàÿ âîçìîæíûå ñëó÷àéíûå è ñè32
ñòåìàòè÷åñêèå îøèáêè, âíîñèìûå èçìåðèòåëüíûì òðàêòîì. Ñ÷åò÷èê â VME
êðåéòå óïðàâëÿåòñÿ ïðè ïîìîùè ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ è íå èìååò ïðÿìîé
èíäèêàöèè, ïîýòîìó äàííûé ñ÷åò÷èê ïðèíÿòî ñ÷èòàòü ÷àñòüþ ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ. Ïðåèìóùåñòâî èñïîëüçîâàíèÿ ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ ñîñòîèò â
òîì, ÷òî îíà ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü ñëîæíûå, àâòîìàòèçèðîâàííûå èçìåðåíèÿ
ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì äàííûõ.
3.1.2
Ïîâåðêà ïðèáîðîâ
Âñå ÷àñòè èçìåðèòåëüíîãî òðàêòà, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñóíêå 3.1), âíîñÿò
êàêóþ-òî îøèáêó â òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ. Ïîýòîìó íà
íà÷àëüíîì ýòàïå ïðîâîäèëàñü ïðîâåðêà òî÷íîñòè êàæäîãî ïðèáîðà â èçìåðèòåëüíîì òðàêòå ñ èñïîëüçîâàíèåì ìèíèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà äîïîëíèòåëüíîãî
îáîðóäîâàíèÿ.
Ïðè èçìåðåíèè çàðÿäà ïó÷êà, âûõîäíîé ñèãíàë ÈÒÒ ïðåîáðàçóåòñÿ â ïåðèîäè÷åñêèé ñèãíàë ñ ÷àñòîòîé, ïðîïîðöèîíàëüíîé âåëè÷èíå çàðÿäà ïó÷êà. Ýòà
÷àñòîòà âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå 3.1, ãäå ôèãóðèðóþò ÷àñòîòà VFC è îïîðíàÿ
÷àñòîòà. Èç ýòîãî âûòåêàåò íåîáõîäèìîñòü ïîâåðêè VFC è ãåíåðàòîðà îïîðíîé
÷àñòîòû. Íà ïåðâîì ýòàïå èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû ïðîâîäÿòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì
òîëüêî ñ÷åò÷èêà ñ ïðÿìîé èíäèêàöèåé, ÷òîáû èñêëþ÷èòü âîçìîæíîå âëèÿíèå
ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ íà òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ.
Ñåðèÿ èçìåðåíèé îïîðíûõ ÷àñòîò ñ èñïîëüçîâàíèåì ñ÷åò÷èêà ñ ïðÿìîé
èíäèêàöèåé (ðèñóíîê 3.3) ïîêàçàëà, ÷òî îøèáêà ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ îïîðíîé
÷àñòîòû 10ÌÃö íå ïðåâûøàåò 1 · 10−7 . Ýòè ðåçóëüòàòû ñîâïàäàþò ñ ïàðàìåòðàìè ãåíåðàòîðà, çàÿâëåííûìè ïðîèçâîäèòåëåì [36]. Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçóåìûé ñ÷åò÷èê ãàðàíòèðîâàííî îáåñïå÷èâàåò èçìåðåíèå ÷àñòîòû 10ÌÃö ñ
òî÷íîñòüþ íå õóæå ±0,1Ãö.
Âûõîäíàÿ ÷àñòîòà VFC íàïðÿìóþ çàâèñèò îò óðîâíÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîýòîìó öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü ïðåöèçèîííûé ãåíåðàòîð íàïðÿæåíèÿ (ðèñóíîê 3.4). Ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà GV ïîäàåòñÿ íà âõîä
VFC, ãäå îíî ïðåîáðàçóåòñÿ â ïåðèîäè÷åñêèé ñèãíàë ñ ÷àñòîòîé, ïî âåëè÷èíå
ïðîïîðöèîíàëüíîé âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ [37]. Äëÿ ïîâåðêè VFC ïðîèçâåäåíà ñåðèÿ èç 10 èçìåðåíèé, ïîêðûâàþùèõ âåñü äîïóñòèìûé äèàïàçîí âõîäíûõ
íàïðÿæåíèé VFC. Âû÷èñëåíû ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ÷àñòîò äëÿ êàæäîãî çíà÷åíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è îòêëîíåíèÿ îò ýòèõ ñðåäíèõ çíà÷åíèé. Íà ðè33
Ðèñ. 3.3: Ñõåìà ïîâåðêè ãåíåðàòîðà îïîðíîé ÷àñòîòû Gref ñ èñïîëüçîâàíèåì
ñ÷åò÷èêà ñ ïðÿìîé èíäèêàöèåé. Âíóòðåííèé ãåíåðàòîð çàäåðæêè Ggate çàäàåò
âðåìÿ èíòåãðèðîâàíèÿ è îáåñïå÷èâàåò ñáðîñ ñ÷åò÷èêà ïî èñòå÷åíèþ çàäàííîãî
ïåðèîäà âðåìåíè. Âåëè÷èíà ïåðèîäà ñ÷åòà äëÿ óäîáñòâà âûáðàíà ðàâíîé 1ñ.
ñóíêå 3.5 èçîáðàæåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé. Êàê âèäíî íà ãðàôèêå 3.5(á),
îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû VFC ìåíüøå 3ppm, ÷òî ñîâïàäàåò ñ çàÿâëåííîé ïðîèçâîäèòåëåì òî÷íîñòüþ ïðèáîðà [37].
Ðèñ. 3.4: Ñõåìà ïîâåðêè âîëüò-÷àñòîòíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ VFC. Íàïðÿæåíèå
íà âõîäå VFC çàäàåòñÿ ïðåöèçèîííûì ãåíåðàòîðîì GV .
Íà ñëåäóþùåì ýòàïå ïðîâîäèëèñü àíàëîãè÷íûå èçìåðåíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÑÄ. Ýòî íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû óáåäèòüñÿ â ïðàâèëüíîñòè ðàáîòû
ÑÑÄ.
Èçìåðåíèÿ îïîðíûõ ÷àñòîò ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÑÄ ïîêàçàëè, ÷òî îøèáêà
îïðåäåëåíèÿ îïîðíûõ ÷àñòîò 100êÃö è 1ÌÃö íå ïðåâûøàåò 1 · 10−7 (îïîðíàÿ
÷àñòîòà 10ÌÃö èñïîëüçîâàíà äëÿ íîðìèðîâêè ïîêàçàíèé ñ÷åò÷èêà).
Íà ðèñóíêå 3.6 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ïîâåðêè VFC ñ èñïîëüçîâàíèåì
ÑÑÄ. Ïîâåðêà ïðîèçâåäåíà â òåõ æå óñëîâèÿõ, ÷òî è ïîâåðêà ñ èñïîëüçîâàíèåì ñ÷åò÷èêà ïðÿìîé èíäèêàöèè. Íà ãðàôèêå 3.6(á) âèäíî, ÷òî îòíîñèòåëüíàÿ
34
à)
á)
Ðèñ. 3.5: Çàâèñèìîñòü óñðåäíåííîé âåëè÷èíû ÷àñòîòû VFC îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (à) è çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû
îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (á) ïðè èçìåðåíèÿõ ïî ñõåìå íà ðèñóíêå 3.4. Ìàêñèin
=1Â, ìàêñèìàëüíàÿ âûõîäíàÿ ÷àñòîòà
ìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå VFC Umax
out
Fmax =25ÌÃö ñ ïîñòîÿííûì ñìåùåíèåì.
à)
á)
Ðèñ. 3.6: Çàâèñèìîñòü óñðåäíåííîé âåëè÷èíû ÷àñòîòû VFC îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (à) è çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû
îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (á) äëÿ ñõåìû ïîâåðêè ñ ó÷àñòèåì ÑÑÄ.
ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû VFC íå ïðåâûøàåò 11ppm è áëèçêà ê ðåçóëüòàòó àíàëîãè÷íîãî èçìåðåíèÿ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ÑÑÄ.
Äî ñèõ ïîð ïîâåðêà VFC ïðîèçâîäèëàñü ñ èñïîëüçîâàíèåì ãåíåðàòîðà ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ. Îäíàêî, â ðåàëüíîì ýêñïåðèìåíòå VFC ðàáîòàåò ñ
ìîíèòîðîì çàðÿäà ïó÷êà ÈÒÒ. Ïðèíöèïèàëüíîå îòëè÷èå ñîñòîèò â òîì, ÷òî
ìîíèòîð çàðÿäà ïó÷êà ÈÒÒ âûñòàâëÿåò íà âûõîäå íàïðÿæåíèå â òå÷åíèè
îïðåäåëåííîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè, çàòåì íàïðÿæåíèå ñáðàñûâàåòñÿ äî âîçíèêíîâåíèÿ ñëåäóþùåãî òðèããåðíîãî ñèãíàëà (ðèñóíîê 3.2). Èç ýòîãî âûòåêàåò íåîáõîäèìîñòü èññëåäîâàíèÿ ïîâåäåíèÿ VFC â ñëó÷àå ñ ïåðåìåííûì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì.
Ïðè èññëåäîâàíèè ðåàêöèè VFC íà ïåðåìåííûé ñèãíàë íåîáõîäèìî ìèíèìèçèðîâàòü âêëàä íåñòàáèëüíîñòè àìïëèòóäû íàïðÿæåíèÿ íà èçìåðåíèå
35
÷àñòîòû VFC. Äëÿ ýòîãî íà âõîä VFC ïîäàâàëñÿ ñèãíàë, àíàëîãè÷íûé ñèãíàëó ÈÒÒ è ñ çàâåäîìî áîëåå âûñîêîé ñòàáèëüíîñòüþ àìïëèòóäû íàïðÿæåíèÿ.
Àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ â êàæäîé ñåðèè èçìåðåíèé ñîîòâåòñòâóåò òàêîìó æå
íàïðÿæåíèþ, êîòîðóþ âûäàåò ÈÒÒ äëÿ çàðÿäà ïó÷êà âåëè÷èíîé îò 0 äî 2íÊë
ñ øàãîì 200ïÊë. Ýòî ñäåëàíî äëÿ òîãî, ÷òîáû óïðîñòèòü ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé ñ ðåàëüíûì ñèãíàëîì ÈÒÒ, ãäå èçâåñòíà âåëè÷èíà çàðÿäà
ïó÷êà.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ìîäåëèðîâàííîãî ñèãíàëà ÈÒÒ ïîêàçàíû íà ðèñóíêå 3.7. Íà ãðàôèêå 3.7(á) âèäíî, ÷òî îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ
÷àñòîòû VFC íå ïðåâûøàåò 12ppm. Ñðàâíèâàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû â ñëó÷àå ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå VFC ìîæíî ñäåëàòü âûâîä,
÷òî VFC ðàáîòàåò ñ ïåðåìåííûì íàïðÿæåíèåì ÷àñòîòîé 1êÃö ëèøü â 2-3 ðàçà
õóæå, ÷åì ñ ïîñòîÿííûì íàïðÿæåíèåì.
á)
à)
Ðèñ. 3.7: Çàâèñèìîñòü óñðåäíåííîé âåëè÷èíû ÷àñòîòû VFC îò ýêâèâàëåíòíîãî çàðÿäà ïó÷êà (à) è çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ
÷àñòîòû îò ýêâèâàëåíòíîãî çàðÿäà ïó÷êà (á).
3.1.3
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè
ÈÒÒ
Ïðåæäå ÷åì ïîïàñòü íà âõîä âîëüò-÷àñòîòíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ñèãíàë ñ
äàò÷èêà ÈÒÒ ïîäâåðãàåòñÿ ïðåäâàðèòåëüíîìó óñèëåíèþ è èíòåãðèðîâàíèþ
ìîíèòîðîì çàðÿäà ïó÷êà BCM (Beam Charge Monitor). Ýòà öåïü ïðåîáðàçîâàíèÿ, â ñîâîêóïíîñòè ñ íàâîäÿùèìèñÿ òîêàìè â öåïè òåñòîâîé ñòàíöèè, ìîæåò òàêæå âíîñèòü äîïîëíèòåëüíûå ïîìåõè â èçìåðÿåìûé ñèãíàë.  ðàìêàõ
äàííîé ðàáîòû ïðîèçâîäèòñÿ àíàëèç òîëüêî êîíå÷íîãî ñèãíàëà ÈÒÒ, îäíà36
êî ñòàáèëüíîñòü çàðÿäà â òåñòîâîé ñòàíöèè áóäåò ïðîàíàëèçèðîâàíà ïîçæå ñ
èñïîëüçîâàíèåì äàò÷èêà BPM.
Íà ðèñóíêå 3.8 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ â äèàïàçîíå çàðÿäîâ 0-2íÊë ïðè ÷àñòîòå ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ
1êÃö. Êàê âèäíî íà ãðàôèêå 3.8 (á), îòíîñèòåëüíàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû â õóäøåì ñëó÷àå ðàâíà 120ppm, ÷òî íà ïîðÿäîê õóæå ïîãðåøíîñòè
èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû ïî ñõåìå, èìèòèðóþùåé ñèãíàë ÈÒÒ.
á)
à)
Ðèñ. 3.8: Çàâèñèìîñòü óñðåäíåííîé âåëè÷èíû ÷àñòîòû VFC îò çàðÿäà ïó÷êà
(à) è çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ ÷àñòîòû îò çàðÿäà
ïó÷êà (á) äëÿ ñõåìû èçìåðåíèÿ ñ ÈÒÒ.
3.1.4
Âûâîäû
 ðåçóëüòàòå ïîâåðêè âñåõ ïðèáîðîâ, âõîäÿùèõ â òðàêò èçìåðåíèÿ ÈÒÒ,
ïîëó÷åíû õàðàêòåðèñòèêè, ñîîòâåòñòâóþùèå çàÿâëåííûì ïðîèçâîäèòåëåì (òàáëèöà 3.1). Îäíàêî, ïðè èçìåðåíèè çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÈÒÒ òî÷íîñòü
èçìåðåíèÿ óõóäøèëàñü â 10 ðàç ïî ñðàâíåíèþ ñ òî÷íîñòüþ èçìåðåíèÿ àíàëîãè÷íîãî ñèãíàëà, èìèòèðîâàííîãî ïðè ïîìîùè ñòàíäàðòíîãî ãåíåðàòîðà ñèãíàëîâ. Õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ ÷àñòîòû VFC (ðèñóíîê 3.9) ãîâîðèò î òîì,
÷òî îøèáêè èçìåðåíèÿ íîñÿò ñëó÷àéíûé õàðàêòåð. Ïîýòîìó äëÿ äàëüíåéøåãî óëó÷øåíèÿ òî÷íîñòè èçìåðåíèé ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ çàùèòà òåñòîâîé ñòàíöèè îò ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîìåõ è âèáðàöèè âíóòðåííåãî
ïðîâîäíèêà.
37
Òàáëèöà 3.1: Ðåçóëüòàòû ïîâåðêè ïðèáîðîâ
Ïðèáîð
Ãåí. îïîðíîé ÷àñòîòû
DC → VFC
AC → VFC
ÈÒÒ
Òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ,
NIM ñ÷åò÷èê
ÑÑÄ
0,1
0,1
3
11
12
120
ppm
Ïàñïîðò
0,1
10
-
Ðèñ. 3.9: Ðàñïðåäåëåíèå ÷àñòîò VFC â ñõåìå èçìåðåíèÿ ñ ÈÒÒ äëÿ çàðÿäà
ïó÷êà 1íÊë.
38
3.2
3.2.1
Èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÄÏÏ
Èçìåðèòåëüíûé òðàêò è ïðîöåäóðà ïîâåðêè ïðèáîðîâ
Íà ðèñóíêå 3.10 èçîáðàæåíà ñõåìà èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè
ÄÏÏ. Çäåñü ïðèíöèïèàëüíîå îòëè÷èå îò èçìåðèòåëüíîãî òðàêòà ÈÒÒ ñîñòîèò
â òîì, ÷òî ñèñòåìà ñáîðà äàííûõ ÑÑÄ ñ÷èòûâàåò íå èíòåãðàëüíóþ âåëè÷èíó,
êàê âûõîäíàÿ ÷àñòîòà VFC, à ðàçâåðíóòóþ âî âðåìåíè âåëè÷èíó òîêà ïó÷êà.
Òîê ïó÷êà èçìåðÿåòñÿ èñõîäÿ èç âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ ñóììàðíîãî ñèãíàëà
ñ ýëåêòðîäîâ ÄÏÏ. Ìîäóëü QDC óïðàâëÿåòñÿ ñèñòåìîé ñáîðà äàííûõ ÑÑÄ
è ñëóæèò äëÿ îöèôðîâêè è ñîõðàíåíèÿ åäèíè÷íîãî ïðîôèëÿ ñèãíàëà ÄÏÏ
[34]. Ñëåäóåò óòî÷íèòü, ÷òî íà ñõåìå, èçîáðàæåííîé íà ðèñóíêå 3.10, óçåë
QDC âûíåñåí èç ñîñòàâà ÑÑÄ óñëîâíî - â ðåàëüíîñòè ìîäóëü âõîäèò â ñîñòàâ
ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ.
Ðèñ. 3.10: Èçìåðèòåëüíûé òðàêò ÄÏÏ (BPM). Ãåíåðàòîð G2 çàäàåò ÷àñòîòó
ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ è ÷àñòîòó ñ÷èòûâàíèÿ ÑÑÄ (DAQ).
Íà âðåìåííîé äèàãðàììå (ðèñóíîê 3.11) èçîáðàæåíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü
òðèããåðíîãî ñèãíàëà è ñîïóòñòâóþùèå åìó ïðîöåññû ïðè èçìåðåíèè çàðÿäà
ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÄÏÏ. Ïðè âîçíèêíîâåíèè ïîëîæèòåëüíîãî ôðîíòà òðèããåðíîãî ñèãíàëà (UG2 ), QDC íà÷èíàåò ñòðîáèðîâàíèå àíàëîãîâîãî ñèãíàëà
UBP M . Ãåíåðàòîð G1 ñ íåêîòîðîé çàäåðæêîé ïîñëå òðèããåðíîãî ñèãíàëà âîçáóæäàåò èìïóëüñ òîêà Ibeam â òåñòîâîé ñòàíöèè. Çàäåðæêà çàäåéñòâîâàíà ñ öåëüþ ãàðàíòèðîâàííîãî ïîïàäàíèÿ ñèãíàëà ÄÏÏ â îêíî ñòðîáèðîâàíèÿ QDC.
Ïîñëå ñòðîáèðîâàíèÿ ñèãíàëà QDC ñîõðàíÿåò äàííûå âî âíóòðåííåé ïàìÿòè. Ïî çàâåðøåíèþ ðàáîòû QDC, ÑÑÄ ñ÷èòûâàåò ìàññèâ çíà÷åíèé SQDC .
Êàæäîå çíà÷åíèå ìàññèâà SQDC ïî âåëè÷èíå ïðîïîðöèîíàëüíî òîêó ïó÷êà â
39
îïðåäåëåííûé ìîìåíò âðåìåíè (ñì. ðèñóíîê 3.12) [34].
Ðèñ. 3.11: Âðåìåííàÿ äèàãðàììà èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÄÏÏ.
Ðèñ. 3.12: Îöèôðîâàííûé ïðè ïîìîùè QDC ñèãíàë ñ ÄÏÏ. Øàã ñòðîáèðîâàíèÿ 5íñ. Ïëîùàäü ïîä ãðàôèêîì - âåëè÷èíà, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ çàðÿäó ïó÷êà.
×òîáû ñâåñòè èçìåðåíèÿ ñ ÈÒÒ è ÄÏÏ ê èçìåðåíèþ îäíîòèïíîé âåëè÷èíû, â ïîñëåäíåì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ïðîèíòåãðèðîâàòü ïî âðåìåíè âåëè÷èíó
òîêà ïó÷êà ïðîãðàììíûì ñïîñîáîì. Èíûìè ñëîâàìè, âûäåëèòü èç ìàññèâà
çíà÷åíèé SQDC ïîëåçíûé ñèãíàë è ïîëó÷èòü åãî èíòåãðàë. Äëÿ ýòîãî â ðàìêàõ
ïðèëîæåíèÿ Preasure ðàçðàáîòàí ñîîòâåòñòâóþùèé àëãîðèòì (ñì. ëèñòèíã 3.5
â Ïðèëîæåíèè).
40
3.2.2
Ïîâåðêà ïðèáîðîâ
Ïðè ïîâåðêå ïðèáîðîâ, âõîäÿùèõ â èçìåðèòåëüíûé òðàêò ÄÏÏ, èñïîëüçîâàí òîò æå ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ, êîòîðûé èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ ïîâåðêè ïðèáîðîâ, âõîäÿùèõ â èçìåðèòåëüíûé òðàêò ÈÒÒ. Èñïîëüçóÿ àíàëîãîâî-öèôðîâîé
ïðåîáðàçîâàòåëü QDC è ïðèëîæåíèå Preasure, ìîæíî îöåíèòü ìàêñèìàëüíóþ
òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ çàðÿäà ñèãíàëà âî âõîäíîé öåïè QDC, êàê ýòî ïîêàçàíî
íà ðèñóíêå 3.13. Ñëåäóþùèì øàãîì áóäåò ÿâëÿòüñÿ îöåíêà âêëàäà øóìîâ,
âíîñèìûõ òåñòîâîé ñòàíöèåé â âåëè÷èíó èçìåðÿåìîãî çàðÿäà. Íàêîíåö, áóäåò
ïðîèçâåäåíî èçìåðåíèå çàðÿäà ñ èñïîëüçîâàíèåì ÄÏÏ è îöåíåíà ïîãðåøíîñòü
äàò÷èêà.
Ïðåæäå âñåãî íåîáõîäèìî îöåíèòü ìàêñèìàëüíóþ àáñîëþòíóþ ïðèáîðíóþ
ïîãðåøíîñòü QDC. Îöåíèì ïðèáîðíóþ ïîãðåøíîñòü ïî îøèáêå öåíû äåëåíèÿ:
åñëè öåíà äåëåíèÿ QDC AQDC , òî ìàêñèìàëüíàÿ îøèáêà ïðè îïðåäåëåíèè
óðîâíÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ðàâíà AQDC /2. Ïðè èíòåãðèðîâàíèè ñèãíàëà
ýòà îøèáêà âõîäèò èçìåðåííûé çàðÿä ìíîãîêðàòíî, â ÷àñòíîñòè ïðè äëèòåëüíîñòè ñèãíàëà Tsig è øàãà ñòðîáèðîâàíèÿ τsamp îøèáêà öåíû äåëåíèÿ âîéäåò
â èíòåãðàë Tsig /τsamp ðàç. Òàêèì îáðàçîì, ìàêñèìàëüíàÿ ïðèáîðíàÿ ïîãðåøíîñòü QDC îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:
∆QDC = ±k
AQDC Tsig
.
2 τsamp
(3.2)
Ãäå k = 10−4 íÊë/îòí.åä. - êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ, âû÷èñëåííûé èñõîäÿ èç ïàðàìåòðîâ QDC [34]. Ïðè AQDC = 1ìÂ/äåë., Tsig = 500íñ è τsamp =
5íñ, ∆QDC = ±5ïÊë.
Ãåíåðàòîð íàïðÿæåíèÿ G1 (ðèñóíîê 3.10) è àíàëîãîâî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü QDC ÿâëÿþòñÿ ïåðâûìè è ïîñëåäíèìè çâåíüÿìè â èçìåðèòåëüíîì
òðàêòå ÄÏÏ, ïîýòîìó äëÿ îöåíêè âêëàäà âñåõ ïðîìåæóòî÷íûõ çâåíüåâ, òàêèõ
êàê òåñòîâàÿ ñòàíöèÿ è ÄÏÏ, öåëåñîîáðàçíî çàìêíóòü ãåíåðàòîð G1 íà QDC
è îöåíèòü òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ çàðÿäà â îáðàçîâàâøåéñÿ öåïè. Òàêàÿ îöåíêà áóäåò ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîé òî÷íîñòüþ èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïðè ïîìîùè
QDC.
Íà ñõåìå, èçîáðàæåííîé íà ðèñóíêå 3.13, ãåíåðàòîð íàïðÿæåíèÿ G1 íàãðóæåí íåïîñðåäñòâåííî íà âõîäíóþ öåïü QDC, à âñå îñòàëüíûå çâåíüÿ èñêëþ÷åíû èç öåïè èçìåðåíèÿ. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ïî äàííîé ñõåìå èçîáðàæåíû íà
41
ðèñóíêå 3.14. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïðè èçìåðåíèÿõ ñ QDC ïðèõîäèòñÿ îöåíèâàòü àáñîëþòíóþ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ âåëè÷èíû çàðÿäà, òàê êàê QDC
íå ÷óâñòâèòåëåí ê ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé ñèãíàëà [34] è ââèäó ýòîãî ïðè
èçìåðåíèÿõ âáëèçè "íóëÿ"âîçíèêàþò áîëüøèå îòíîñèòåëüíûå ïîãðåøíîñòè.
Ðèñ. 3.13: Ñõåìà äëÿ îöåíêè òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïðè ïîìîùè QDC.
à)
á)
Ðèñ. 3.14: Çàâèñèìîñòü èçìåðåííîãî QDC çàðÿäà îò çàðÿäà ñèãíàëà ãåíåðàòîðà (à) è çàâèñèìîñòü àáñîëþòíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ ñðåäíåé âåëè÷èíû
çàðÿäà îò çàðÿäà ñèãíàëà ãåíåðàòîðà (á).
Êàê âèäíî íà ãðàôèêå 3.14(á), ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ñðåäíåé âåëè÷èíû
çàðÿäà íå ïðåâûøàåò ±1,2ïÊë è ÿâëÿåòñÿ ïðåäåëüíîé òî÷íîñòüþ èçìåðåíèÿ
çàðÿäà, ãåíåðèðóåìîãî äàííûì ãåíåðàòîðîì. Òàêæå ñðàâíèâàÿ ýòó âåëè÷èíó ñ
ìàêñèìàëüíîé ïðèáîðíîé ïîãðåøíîñòüþ ∆QDC , ìîæíî ïðèäòè ê âûâîäó, ÷òî
QDC, ñèñòåìà ñáîðà äàííûõ è àëãîðèòìû Preasure ðàáîòàþò íîðìàëüíî.
Íà ñëåäóþùåì ýòàïå íåîáõîäèìî îöåíèòü âíîñèìûé òåñòîâîé ñòàíöèåé
øóì â èçìåðÿåìûé çàðÿä. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóåòñÿ ñõåìà, èçîáðàæåííàÿ íà
ðèñóíêå 3.15. Ãåíåðàòîð íàïðÿæåíèÿ G1 íàãðóæåí íà âõîäíîé äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ òåñòîâîé ñòàíöèè. Ïðè âîçíèêíîâåíèè íàïðÿæåíèÿ, ÷åðåç âíóòðåííèé
ïðîâîäíèê òåñòîâîé ñòàíöèè ïðîòåêàåò òîê, çàìûêàÿñü íà âûõîäíîé äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ. QDC ñíèìàåò íàïðÿæåíèå ñ âûõîäíîãî äåëèòåëÿ, êîòîðûé
42
Ðèñ. 3.15: Ñõåìà äëÿ îöåíêè âëèÿíèÿ ïîìåõ, âíîñèìûõ òåñòîâîé ñòàíöèåé, íà
èçìåðåíèå âåëè÷èíû çàðÿäà èìïóëüñà òîêà.
ðàáîòàåò êàê øóíò (ñì. ðèñóíîê 2.2).
à)
á)
Ðèñ. 3.16: Çàâèñèìîñòü èçìåðåííîãî çàðÿäà îò çàðÿäà èìïóëüñà òîêà â öåïè òåñòîâîé ñòàíöèè (à) è çàâèñèìîñòü àáñîëþòíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ
ñðåäíåé âåëè÷èíû çàðÿäà îò çàðÿäà èìïóëüñà òîêà â öåïè òåñòîâîé ñòàíöèè
(á).
Íà ðèñóíêå 3.16 èçîáðàæåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà èìïóëüñà òîêà
â öåïè òåñòîâîé ñòàíöèè. Ñðàâíèâàÿ ãðàôèêè 3.14(á) è 3.16(á) ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ âåëè÷èíû çàðÿäà 1íÊë âî âõîäíîé öåïè
QDC âî âòîðîì ñëó÷àå â äâà ðàçà õóæå (±0,5ïÊë ïðîòèâ ±1ïÊë). Îäíîé èç
âîçìîæíûõ ïðè÷èí âîçðàñòàíèÿ ïîãðåøíîñòè ìîæåò ÿâëÿòüñÿ òî, ÷òî âíóòðåííèé ïðîâîäíèê â òåñòîâîé ñòàíöèè çàìûêàåòñÿ íà âíåøíèé ïðîâîäíèê ÷åðåç äåëèòåëè íàïðÿæåíèÿ è îáðàçóåò çàìêíóòûé êîíòóð. Ïðè âèáðàöèè ïðîâîäíèêà èëè íàëè÷èè ïåðåìåííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ïðîíèçûâàþùåãî êîíòóð, âîçíèêàþò èíäóêöèîííûå òîêè. Ýòè òîêè ìîãóò âíîñèòü øóì â èçìåðåíèÿ.
43
3.2.3
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïðè ïîìîùè ÄÏÏ
Ïðåæäå ÷åì ïîïàñòü íà âõîä àíàëîãîâî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ñèãíàë ñ ýëåêòðîäîâ ïîäâåðãàåòñÿ ïðåäâàðèòåëüíîìó óñèëåíèþ â ñòàíäàðòíîì
ïðåäóñèëèòåëå ÄÏÏ äëÿ óñêîðèòåëÿ COSY. Äëÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû QDC
ïðè òîêå ïó÷êà ïîðÿäêà 1ìÀ òðåáóåòñÿ óñèëåíèå ñèãíàëà íà 30äÁ (â 1000
ðàç). Ïðåäóñèëåíèå â ñîâîêóïíîñòè ñ íàâîäÿùèìèñÿ òîêàìè â öåïè òåñòîâîé
ñòàíöèè ìîãóò âíîñèòü â èçìåðÿåìûé ñèãíàë çíà÷èòåëüíûå ïîìåõè.  ðàìêàõ
äàííîé ðàáîòû ïðîèçâîäèòñÿ àíàëèç òîëüêî êîíå÷íîãî ñèãíàëà ïðè ôèêñèðîâàííûõ íàñòðîéêàõ ÄÏÏ.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ñ èñïîëüçîâàíèåì ÄÏÏ ïðåäñòàâëåíû
íà ðèñóíêå 3.17. Äëÿ èçìåðåíèÿ òîêà ïó÷êà èñïîëüçîâàí ñóììàðíûé ñèãíàë
ñ âåðõíåãî è íèæíåãî äàò÷èêîâ ÄÏÏ Y-Sum. Çà îñíîâó äëÿ ñðàâíåíèÿ ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ ñðåäíåé âåëè÷èíû çàðÿäà âîçüìåì âåëè÷èíó 1íÊë âî
âõîäíîé öåïè QDC. 1íÊë âî âõîäíîé öåïè QDC ñîîòâåòñòâóåò çàðÿäó ïó÷êà
0,4íÊë. Îáðàùàÿñü ê ãðàôèêó 3.17(á) ìîæíî âèäåòü, ÷òî ýòà âåëè÷èíà çàðÿäà èçìåðåíà ñ òî÷íîñòüþ ±8,5ïÊë, ÷òî â 8,5 ðàç áîëüøå îøèáêè èçìåðåíèÿ
ñðåäíåé âåëè÷èíû çàðÿäà áåç ÄÏÏ (ñì. ãðàôèê 3.16(á)).
à)
á)
Ðèñ. 3.17: Çàâèñèìîñòü èçìåðåííîãî ïðè ïîìîùè ÄÏÏ çàðÿäà îò çàðÿäà ïó÷êà (à) è çàâèñèìîñòü àáñîëþòíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ ñðåäíåé âåëè÷èíû
çàðÿäà îò çàðÿäà ïó÷êà (á).
3.2.4
Âûâîäû
 ðåçóëüòàòå àíàëèçà èçìåðèòåëüíîãî òðàêòà ÄÏÏ áûëà îïðåäåëåíà ìàêñèìàëüíàÿ àáñîëþòíàÿ ïîãðåøíîñòü êàæäîãî ïðèáîðà â îòäåëüíîñòè (òàáëèöà 3.2). Âûÿñíåíî, ÷òî ïîãðåøíîñòü îïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ãåíåðàòîðà (ïîâåðêà
44
QDC) íå ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíóþ ïðèáîðíóþ ïîãðåøíîñòü. Òàêæå ïðîèçâåäåíà îöåíêà ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ çàðÿäà ïó÷êà ïðè ïîìîùè ÄÏÏ.
Òàáëèöà 3.2: Ðåçóëüòàòû ïîâåðêè ïðèáîðîâ
Ïðèáîð
Ãåíåðàòîð
Òåñò. ñòàíöèÿ
ÄÏÏ
Èçìåðèòåëüíûé Àáñ.
ïîãðåøíîñòü
òðàêò, ðèñ. #
èçìåðåíèÿ
çàðÿäà [0,2, 2]íÊë, (±)ïÊë
3.13
0,9
3.15
1
3.10
8,5
Óõóäøåíèå, %
11
850
Íà ðèñóíêå 3.18 èçîáðàæåíî ðàñïðåäåëåíèå èçìåðåííîãî çàðÿäà ñèãíàëà
ÄÏÏ Y-Sum äëÿ çàðÿäà ïó÷êà 1íÊë. Õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ èçìåðÿåìîé
âåëè÷èíû ãîâîðèò î òîì, ÷òî îøèáêè èçìåðåíèÿ íîñÿò ñëó÷àéíûé õàðàêòåð.
Ïîýòîìó äëÿ äàëüíåéøåãî óëó÷øåíèÿ òî÷íîñòè èçìåðåíèé ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ íàñòðîéêà ýëåêòðîííîé ÷àñòè ÄÏÏ.
Ðèñ. 3.18: Ðàñïðåäåëåíèå èçìåðåííîãî ïðè ïîìîùè ÄÏÏ çàðÿäà ïðè âåëè÷èíå
çàðÿäà ïó÷êà 1íÊë.
45
Çàêëþ÷åíèå
 õîäå âûïîëíåíèÿ äèïëîìíîãî ïðîåêòà ïðîèñõîäèëî îçíàêîìëåíèå ñ îñíîâíûìè ïðèíöèïàìè ýêñïåðèìåíòà TRIC, áûëè èçó÷åíû ñîâðåìåííûå óñòðîéñòâà äèàãíîñòèêè ïó÷êà, îñâîåí áûñòðûé àíàëîãîâî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü QDC, íåîáõîäèìûé äëÿ îöèôðîâûâàíèÿ ñèãíàëà ñ ÄÏÏ. Çíà÷èòåëüíûå
óñèëèÿ áûëè ïðèëîæåíû äëÿ ðàçðàáîòêè ïðîãðàììíîãî ïðèëîæåíèÿ Preasure,
íåîáõîäèìîé äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ ïîòîêà äàííûõ ÑÑÄ. Â âîçìîæíîñòè Preasure
âõîäèò îòëàäêà QDC, èçìåðåíèå çàðÿäà ïó÷êà è îöåíêà òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ
çàðÿäà ïó÷êà, ïðîâåäåííûõ ïðè ïîìîùè ÈÒÒ è ÄÏÏ. Èñïîëüçóÿ èñïûòàòåëüíûé ñòåíä è ïðèëîæåíèå Preasure, ïðîèçâåäåíà îöåíêà ñëó÷àéíîé è ñèñòåìàòè÷åñêîé ïîãðåøíîñòåé èçìåðèòåëüíûõ òðàêòîâ ÈÒÒ è ÄÏÏ.
46
Áëàãîäàðíîñòè
Õî÷ó âûðàçèòü áëàãîäàðíîñòü ñîòðóäíèêàì ÈÊÏ-2 (Èññëåäîâàòåëüñêèé
öåíòð Þëèõ, Ãåðìàíèÿ), â ÷àñòíîñòè ñâîåìó íàó÷íîìó ðóêîâîäèòåëþ Âàëüäàó Þ., êîòîðûé êóðèðîâàë ìîé äèïëîìíûé ïðîåêò. Ñîòðóäíè÷àÿ ñ Âàëüäàó Þ., ÿ ïîëó÷èë ìàññó îïûòà â îðãàíèçàöèè è èñïîëíåíèè èññëåäîâàòåëüñêîãî ïðîöåññà, à òàêæå ïîìîùü â àäàïòàöèè ê íîâîìó ìåñòó ðàáîòû. Òàêæå
õî÷ó ïîáëàãîäàðèòü Ìêðò÷ÿíà Ñ. è Òðóñîâà Ñ. çà èõ ïîìîùü è ïåðåäà÷ó
ñâîåãî îïûòà.
Îòäåëüíîå ñïàñèáî ìîåìó êîíñóëüòàíòó Ïîëîçîâó Ñ. (Ëàáîðàòîðèÿ Äèíóñ, ÍÈßÓ ÌÈÔÈ), êîòîðûé îêàçûâàë ìíå âñÿ÷åñêóþ ïîääåðæêó íà ïðîòÿæåíèè âñåãî ïåðèîäà ìîåãî îáó÷åíèÿ íà êàôåäðå "Ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ óñòàíîâîê". Îí òàê æå ïîìîã ìíå ïðîéòè äèïëîìíóþ ïðàêòèêó â îäíîì èç âåäóùèõ èññëåäîâàòåëüñêèõ öåíòðîâ Åâðîïû.
47
Ïðèëîæåíèå
Listing 3.1: Êëàññ LvdCrate ñëóæèò äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ LVDS êðåéòà. Îí ñîäåðæèò èíôîðìàöèþ î ñòðóêòóðå äàííûõ LVDS êðåéòà, ñïèñîê äîñòóïíûõ
ìîäóëåé è âñïîìîãàòåëüíûõ êëàññîâ äëÿ äåêîäèðîâêè ýòèõ ìîäóëåé.
class LvdCrate : public CDataObject {
friend class EmsFilterLvdCrate ;
public :
LvdCrate () ;
~ LvdCrate () ;
/* *
* Normal constructor
* @param Name name of the data object
*/
explicit LvdCrate ( const char * Name ) ;
// Begin CDataObject interface
void Clear ( Option_t * option = " " ) ;
void Print ( Option_t * option = " " ) ;
// End CDataObject interface
/* *
* Call this method in analysis ProcessEvent () to assure this
data object filled and decoded .
*/
void Update () ;
/* *
* Returns native module decoder by its unique module name .
* @param Name name of the module
* @return pointer to ModuleDecoderBase class ( must be cast
manually ) if found or NULL otherwise
*/
ModuleDecoderBase * GetModuleByName ( TString Name ) const ;
48
// ! Returns controller decoder .
ModuleDecoderController * GetController () const ;
private :
/* *
* Sets up event structure , module and their IDs mapping
* and other stuff
*/
void Initialize () ;
// ! Decode all the modules in the pool
void DecodeModules () ;
// ! Call Clean () of each module decoder
void CleanModuleDecoders () ;
// ! Free the memory occupied by the pool
void DeleteModuleDecoderPool () ;
// ! Instantiate controller decoder ( or return existing )
ModuleDecoderController * GetControllerDecoderInstance () ;
/* *
* Instantiate module decoder ( or return existing )
* @param Slot module slot number
* @param Type module type
* @return pointer to a module decoder class instance
*/
ModuleDecoderBase * GetModuleDecoderInstance ( UInt_t Slot , LvdCrate
:: ModuleType Type ) ;
/* *
* Distributes chunks of an event to module decoders ( called
from EmsFilterLvdCrate :: ProcessEvent () )
* @param Data [ in ] pointer to the event data
* @param Length [ in ] length of the event data ( in words )
*/
void Decode ( const UInt_t * Data , UInt_t Length ) ;
/* *
* Extract module slot number from a word
* @param Word word to extract the slot number from
* @return module slot number ( not checked for validity )
* @see IsModuleSlotValid ()
*/
inline UInt_t ExtractModuleSlot ( UInt_t Word ) const ;
49
/* *
* Check the module slot number for validity
* @param ModuleSlot module slot number to check
* @return true if valid , false otherwise
*/
inline Bool_t IsModuleSlotValid ( UInt_t ModuleSlot ) const ;
private :
// ! Event structure description
EventStructure fEventStructure ;
// ! Module slot number - module decoder class mapping ( element
index = slot number )
ModuleDecoderBase * fModuleDecoder [ LvdCrateMagic :: kMaxModules ];
// ! Controller decoder
ModuleDecoderController * fControllerDecoder ;
// ! { _native_ module slot number , module info } mapping ( element
index = slot number )
ModuleInfo fModuleMapping [ LvdCrateMagic :: kMaxModules ];
ClassDef ( LvdCrate , 0)
};
Listing 3.2: Ïðîöåäóðà äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ öåëîãî LVDS êðåéòà, ïîçâîëÿþùàÿ
îòñëåæèâàòü îøèáêè â ïîòîêå äàííûõ è óâåäîìëÿòü ïîëüçîâàòåëÿ. Ôàêòè÷åñêîå äåêîäèðîâàíèå êàæäîãî ìîäóëÿ èç êðåéòà ïðîèçâîäèòñÿ íàñëåäíèêàìè
êëàññà ModuleDecoderBase, íàïðèìåð òàêèì êàê ModuleDecoderQDCv8
void LvdCrate :: Decode ( const UInt_t * Data , UInt_t Length ) {
if (! Data ) {
STATUS ( " null data pointer , skipping event " ) ;
return ;
}
if (1 > Length ) {
STATUS ( " invalid length , skipping event " ) ;
return ;
}
const UInt_t * dataEnd = Data + Length ;
EventStructure :: const_iterator chunk = fEventStructure . begin () ;
// It loops over the event data until the end of the data is
reached or no more data is required
while ( Data != dataEnd && fEventStructure . end () != chunk ) {
50
UInt_t moduleSlot = -1;
LvdCrate :: ModuleType moduleType = LvdCrate :: kNotAssigned ;
// Modules marked " kMapped " are checked against module
mapping for their info
if ( LvdCrate :: kMapped == chunk - > fType ) {
moduleSlot = ExtractModuleSlot (* Data ) ;
LvdCrate :: ModuleType mappedModuleType =
fModuleMapping [ moduleSlot ]. Type ;
// If there is no mapping for this module , assign
ModuleDecoderBase for it
if ( LvdCrate :: kNotAssigned == mappedModuleType ) {
std :: stringstream msg ;
msg << " No module info for module with
slot " << moduleSlot
<< " assigned in the
module mapping .
Assigning a dummy . " ;
STATUS ( msg . str () ) ;
moduleType = LvdCrate :: kDummy ;
// Add " dummy " entry to the mapping
fModuleMapping [ moduleSlot ] = ModuleInfo (
LvdCrate :: kDummy , " Dummy " ) ;
}
else {
moduleType = mappedModuleType ;
}
}
// Controller module is an exception , it isn 't mapped (
since it 's not a native module )
else if ( LvdCrate :: kController == chunk - > fType ) {
moduleType = LvdCrate :: kController ;
}
else {
STATUS ( " unsupported module type in
fEventStructure " ) ;
}
// Get module decoder
ModuleDecoderBase * decoder = NULL ;
if ( LvdCrate :: kController == moduleType ) {
decoder = GetControllerDecoderInstance () ;
}
else {
51
decoder = GetModuleDecoderInstance ( moduleSlot ,
moduleType ) ;
}
if ( decoder ) {
// Feed the decoder with words
decoder - > Feed ( Data , chunk - > fLength ) ;
// Move data pointer to the next event chunk
Data += chunk - > fLength ;
// Step to the next chunk in the structure if
this chunk is not greedy and the last in the
structure
// ! @todo this logic must be encapsulated in the
EventStructure class
if (! chunk - > fGreedy || ( fEventStructure . end () !=
chunk + 1) ) {
++ chunk ; // step to the next chunk of the
event
}
}
} // while not reached the end of the event data
// Decode collected data
DecodeModules () ;
}
Listing 3.3: Êëàññ ModuleDecoderQDCv8 ñîäåðæèò ïðîöåäóðû äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ, ïðîâåðêè è ñáîðà äàííûõ, ïîñòóïàþùèõ èç QDC ìîäóëÿ.
class ModuleDecoderQDCv8 : public ModuleDecoderBase {
friend class QDCAnalysis ;
private : // Class configuration
public : // Public methods
ModuleDecoderQDCv8 () ;
ModuleDecoderQDCv8 ( LvdCrate *) ;
~ ModuleDecoderQDCv8 () ;
// Begin TObject interface
void Clear ( Option_t * = " " ) ;
52
// End TObject interface
// ! Get all the decoded data in a structure
EventQDCv8 * GetEvent () const ;
private : // Private methods
// ! Set up magic numbers
void Initialize () ;
# ifdef _DEBUG_MODULEDECODER_QDCv8_
// ! Initialize debug data containers
void DebugInitialize () ;
# endif
// Begin ModuleDecoderBase interface
Bool_t CheckData ( const UInt_t * Data , UInt_t Length ) const ;
void Feed ( const UInt_t * Data , UInt_t Length ) ;
void Decode () ;
// End ModuleDecoderBase interface
// ! Decode and return channel #
QDCv8 :: ChannelIndex ExtractChannelNr ( UInt_t Word ) const ;
// ! Decode and return data identifier ( selector )
QDCv8 :: DataIdentifier ExtractDataIdentifier ( UInt_t Word ) const ;
// ! Decode and return raw value
QDCv8 :: RawValue ExtractRawValue ( UInt_t Word ) const ;
// ! Decode and return scaler value
QDCv8 :: ScalerValue ExtractScalerValue ( UInt_t Word ) const ;
// ! Decode and return PulseQ
QDCv8 :: PulseQValue ExtractPulseQValue ( UInt_t Word ) const ;
private : // Private properties
// ///////////////////////////////////////////
// Magic logic
// ! Scaler value comes by two words : first low bits , then high
bits .
UInt_t fScalerLowBits [ QDCv8 :: kMaxChannels ];
// ! PulseQ values is accumulated during an event , because it can
come by parts .
53
QDCv8 :: ScalerValue fPulseQAcu [ QDCv8 :: kMaxChannels ];
// Magic logic
// ///////////////////////////////////////////
// ! Encoded data words from the QDC .
std :: vector < UInt_t > fEncoded ;
// ! Decoded QDC data stored here .
EventQDCv8 * fEvent ;
# ifdef _DEBUG_MODULEDECODER_QDCv8_
/* * Tree that holds all the time references we have */
TTree * fDebugTree ;
/* * File representation of the time reference tree */
TFile * fDebugTreeFile ;
# endif
ClassDef ( ModuleDecoderQDCv8 , 0) ;
};
Listing 3.4: Ïðîöåäóðà äëÿ äåêîäèðîâàíèÿ ìîäóëÿ QDC. Çäåñü ïðîèñõîäèò
äåêîäèðîâàíèå è ñáîð äàííûõ ñ ìîäóëÿ, à òàêæå ñáîð äèàãíîñòè÷åñêîé èíôîðìàöèè.
void ModuleDecoderQDCv8 :: Decode () {
/* * This method iterates over all the module words , extracts QDC
channel , data identifier ,
* switches the latter and extracts the data . Actual decoding is
performed in GetXXX ( UInt_t Word )
* methods . Here only collecting decoded data .
*/
// Set event number . This implies the controller is already
decoded .
ModuleDecoderController * controller = fGovernor - > GetController () ;
fEvent - > SetEventNr ( controller - > GetEventNr () ) ;
# ifdef _DEBUG_MODULEDECODER_QDCv8_
UInt_t rawValueChannelsLimit = ( UInt_t ) oRawValueChannelsLimit .
GetIntValue () ;
# endif
// Per - channel initialization
for ( UInt_t i = 0; i < QDCv8 :: kMaxChannels ; ++ i ) {
54
fPulseQAcu [ i ] = 0;
fScalerLowBits [ i ] = ~ QDCv8 :: kScalerMask ;
}
// Decode validated module words
for ( UInt_t i = 0; i < fEncoded . size () ; ++ i ) {
UInt_t word = fEncoded [ i ];
UInt_t channelNr = ExtractChannelNr ( word ) ;
QDCv8 :: DataIdentifier selector = ExtractDataIdentifier (
word ) ;
switch ( selector ) {
case QDCv8 :: kRaw :
# ifdef _DEBUG_MODULEDECODER_QDCv8_
if ( rawValueChannelsLimit > channelNr ) { //
Restrict number of channels which hold raw
values
fEvent - > SetRawValue ( channelNr ,
ExtractRawValue ( word ) ) ;
}
# else
fEvent - > SetRawValue ( channelNr , ExtractRawValue (
word ) ) ;
# endif
break ;
case QDCv8 :: kSc :
// Scaler values come by two words : low bits ,
then high bits .
if ( fScalerLowBits [ channelNr ] == ~ QDCv8 ::
kScalerMask ) { // first we get low bits
fScalerLowBits [ channelNr ] =
ExtractScalerValue ( word ) ;
}
else {
// Get high bits and compose with low
bits
UInt_t value = ( ExtractScalerValue ( word )
<< QDCv8 :: kScalerMaskWidth ) |
fScalerLowBits [ channelNr ];
fEvent - > SetScalerValue ( channelNr , value ) ;
}
break ;
55
case QDCv8 :: kPQ :
// PulseQ values is accumulated during an event ,
because it can come by parts .
fPulseQAcu [ channelNr ] += ExtractPulseQValue ( word )
;
fEvent - > SetPulseQValue ( channelNr , fPulseQAcu [
channelNr ]) ;
break ;
default :
break ;
}; // switch data identifier
} // iterate encoded words
# ifdef _DEBUG_MODULEDECODER_QDCv8_
fDebugTree - > Fill () ;
# endif
}
Listing 3.5: Ïðîöåäóðà äëÿ âû÷èñëåíèÿ èíòåãðàëà ñèãíàëà (çàðÿäà), ïîëó÷åííîãî ñ ìîäóëÿ QDC. Äàííàÿ ïðîöåäóðà ñîäåðæèò àëãîðèòì äëÿ ïîèñêà
ôðîíòîâ ñèãíàëà è èíòåãðèðîâàíèÿ ñèãíàëà ìåæäó ôðîíòàìè. Ïðåèìóùåñòâîì àëãîðèòìà ïåðåä áîëåå ïðèìèòèâíûìè àíàëîãàìè ñîñòîèò â òîì, ÷òî
îí ïîçâîëÿåò âûäåëÿò ôðîíòû äàæå ïðè îòíîñèòåëüíî áîëüøîì çíà÷åíèè îòíîøåíèÿ øóìà ê ïîëåçíîìó ñèãíàëó.
QDCv8 :: RawValue BeamQAnalysis :: CalculateIntegral ( const QDCv8 ::
RawValueArray & Raws ) const {
// Integrates the signal with sharp slopes .
// The algorithm uses a sliding window to take the derivative of
the source signal ( Raws )
// producing a signal where sharp peaks designate fast slopes of
the source signal .
// The latter is used then to find bins where the source signal
actually starts and ends .
// For signals with slow rises / falls the sliding window length
should be increased .
UInt_t slideWinLen = 21; // sliding window length in bins , [ - - - -x
- - - -] even + 1 + even
Float_t thresholdScale = 0.8 f ; // slope detection threshold ,
[0.0; 1.0] of the peak value
56
if ( Raws . size () - slideWinLen < 1) {
STATUS ( " Raw samples number is not sufficient " ) ;
return 0;
}
QDCv8 :: RawValueArray slopesToPeaks ( Raws . size () - slideWinLen ) ; //
derivative of the Raws array ( pulse slopes -> peaks )
QDCv8 :: RawValue maxValue = -9999 , minValue = 9999; //
slopesToPeaks max / min values
// Derivate picks from the pulse slopes
for ( UInt_t i = 1; i < Raws . size () - slideWinLen ; ++ i ) {
QDCv8 :: RawValue leftSum =0 , rightSum =0;
for ( UInt_t j = 0; j < slideWinLen ; ++ j ) {
QDCv8 :: RawValue content = Raws [ i + j ];
if ( j > ( UInt_t ) ( slideWinLen / 2) ) {
rightSum += content ;
}
else if ( j < ( UInt_t ) ( slideWinLen / 2) ) {
leftSum += content ;
}
}
slopesToPeaks [ i ] = rightSum - leftSum ;
minValue = slopesToPeaks [ i ] < minValue ? slopesToPeaks [ i ]
: minValue ;
maxValue = slopesToPeaks [ i ] > maxValue ? slopesToPeaks [ i ]
: maxValue ;
}
// Find signal rise / fall bins
Float_t threshold = 0.5 f * ( maxValue - minValue ) * thresholdScale
; // absolute slope detection threshold
Bool_t posPick = 0; // true , when we expect a positive pick
Bool_t negPick = 0; // the same for a negative pick
UInt_t lastBin = 1 , riseBin = 1 , fallBin = 1;
for ( UInt_t i = 0; i < slopesToPeaks . size () ; ++ i ) {
QDCv8 :: RawValue value = slopesToPeaks [ i ];
if ( value >= threshold && ! posPick ) { // come to + pick
lastBin = i ;
posPick = 1;
}
if ( posPick && ( value < threshold ) ) { // come sym . + pick
point
57
if (0 == i - lastBin ) { // in case we can 't
divide bins
riseBin = lastBin ;
}
else {
riseBin = lastBin + ( i - lastBin ) / 2;
}
posPick = 0;
}
if ( value <= - threshold && ! negPick ) { // come to - pick
lastBin = i ;
negPick = 1;
}
if ( negPick && value > - threshold ) { // come sym . - pick
point
if (0 == i - lastBin ) { // in case we can 't
divide bins
fallBin = lastBin ;
}
else {
fallBin = lastBin + ( i - lastBin ) / 2;
}
negPick = 0;
}
}
// Integrate the source signal from the rise to the fall
QDCv8 :: RawValue integral = 0;
for ( UInt_t i = riseBin ; i <= fallBin ; ++ i ) {
integral += Raws [ i + slideWinLen / 2];
}
return integral ;
}
58
Ëèòåðàòóðà
1. Äîëãîâ À. Ä., Á. Çåëüäîâè÷ ß. Âåùåñòâî è àíòèâåùåñòâî âî Âñåëåííîé //
Ïðèðîäà. Ì., 1986.  8. Ñ. 3345.
2. COSY Proposal no.215 / R. Beck, P. D. Eversheim, F. Hinterberger et al.
2012.
3. Ñàõàðîâ À. Ä. Íàðóøåíèå ÑÐ-èíâàðèàíòíîñòè, Ñ-àñèììåòðèÿ è áàðèîííàÿ àñèììåòðèÿ âñåëåííîé // ÆÝÒÔ. 1967. Ò. 5. Ñ. 3235.
4. CERN Accelerating Science - The Standard Model.
http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model.
2014. Jan. URL:
5. Noether E. Invariante Variationsprobleme. Nachr. D. K
onig. Gesellsch. D.
Wiss. Zu G
ottingen, Math-phys. Klasse, 1918. P. 235257.
6. Sozzi M. S. Discrete Symmetries and CP Violation. Oxford: Oxford University
Press, 2008. 592 p.
7. Lueders G. Vol. 2. Annals of Physics, 1957. (1).
8. Wu C. S. Vol. 105. Phys. Rev., 1957. (1431).
9. Eversheim P. D. Vol. B256. Phys. Lett., 1991. (11).
10. Lee T. D. et al. Vol. 106. Phys. Rev., 1957. (340).
11. Marcq P. C. et al. Vol. 112. Phys. Rev., 1958. (2061).
12. Angelopoulos A. et al. Vol. 444. Phys. Lett. B, 1998. (43).
13. J. H. Christenso, J. W. Cronin, V. L. Fitch et al. Vol. 13. Phys. Rev. Lett.,
1964. (138).
14. Aubert B. et al. Vol. 93. Phys. Rev. Lett., 2004. (131801).
59
15. Gabrielse G. et al. Vol. 82. Phys. Rev. Lett., 1999. (3198).
16. Ayres D. S. et al. Vol. D3. Phys. Rev., 1971. (1051).
17. Arash F., Moravcsik M. J., Goldstein G. R. Vol. 54. Phys. Rev. Lett., 1985.
(2649).
18. Conzett H. E. Paris: 7th Int. Conf. on Pol. Phen. Nucl. Phys., 1990. (2D).
19. Koster J. E. et al. Vol. 49. Phys. Rev. C, 1997. (710).
20. Wolke M. Hadronenphysik an COSY.
alt.gsi.de/documents/DOC-2007-Oct-152-1.pdf.
2007. Jun. URL:
http://www-
21. TOF at COSY. 2014. Feb. URL: http://www.fzjuelich.de/ikp/DE/Forschung/Experimente/E
22. PAX Collaboration. 2013. Dec. URL:
23. ANKE
at
COSY.
juelich.de/ikp/anke/index.shtml.
24. Information
on
the
http://collaborations.fz-juelich.de/ikp/pax/.
2014.
PAX
Feb.
URL:
experiment.
http://apps.fzjuelich.de/pax/paxwiki/index.php/Main_Page.
http://collaborations.fz2014.
Mar.
URL:
25. Kirfel S. Design and implementation of a test station for beam current measurement devices: Master's thesis: FH Aachen. Juelich, 2014.
26. Thurbly Thandar Instruments.
Instruction manual for TGA1240 series
40MHz arbitrary waveform generators.
juelich.de/pax/paxwiki/images/c/cc/Tga1244.pdf.
2003. Jul. URL:
http://apps.fz-
27. Jackson J. D. Vol. 68. Am. J. Phys., 2000. (789).
28. Rosa E. B. Bulletin of the Bureau of Standards. Vol. 4. U.S. National Bureau
of Standards, 1908. p. 301.
29. BERGOZ
Instrumentation,
France.
User's
manual
Charge Monitor Integrate-Hold-Reset Rev. 1.8.1. URL:
juelich.de/pax/paxwiki/images/1/1a/BCM-IHR_manual_1.8.1.pdf.
for
Beam
http://apps.fz-
30. Project Cosy Beam Position Monitor: Tech. Rep.: / KFKI-MSzKI. Budapest:
Department of Laboratory Automation, 1992.
60
31. Biri J., M. Blasovszky J. G. et al. Beam Position Monitor Electronics at the
Cooler Synchrotron COSY JULICH.
Vol. 41. IEEE Transactions on Nuclear
Science, 1994.
32. Forck P. Lecture Notes on Beam Instrumentation and Diagnostics. Darmstadt, Germany: Joint University Accelerator School, 2011.
33. Unser K. A toroidal DC beam current transformer with high resolution.
Vol. NS-28. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1981. (2344).
34. Forschungszentrum Juelich. User's manual for QDC Version 8.x. 2014. Aug.
URL:
http://apps.fz-juelich.de/pax/paxwiki/images/3/3b/Qdc_v8.pdf.
35. ROOT: A Data Analysis Framework. URL:
https://root.cern.ch/.
36. SCHWILLE - ELEKTRONIK, Kirchheim.
mal
Typ
860.
URL:
000%20Beschreibung.pdf.
DCF 77 Frequenznor-
http://www.schwille.de/Pythagoras/pythagoras.pics/860-
37. Hino R., Clement J. M. et al. A 100MHz voltage to frequency converter //
Journal of Physics. 2012. Vol. 425. (212010).
61