Наземная автономная калибровка времяпролетной системы

УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
С.А. ВОРОНОВ, И.А. ДАНИЛЬЧЕНКО, В.В. МИХАЙЛОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
НАЗЕМНАЯ АВТОНОМНАЯ КАЛИБРОВКА
ВРЕМЯПРОЛЕТНОЙ СИСТЕМЫ МАГНИТНОГО
СПЕКТРОМЕТРА «ПАМЕЛА»
Приведены методика и результаты наземной калибровки времяпролетной системы (TOF) спектрометра «ПАМЕЛА».
Времяпролетная система TOF магнитного спектрометра «ПАМЕЛА»
[1] предназначена для измерения скорости пересекающих ее плоскости
частиц.
Система TOF состоит из трех параллельных, удаленных друг от друга
на 29,5 см и 48,8 см соответственно, структур S1 (33,0 см40,8 см), S2
(18,0 см15,0 см), и S3 (15,0 см18,0 см). Каждая структура содержит
две, неразделенные расстоянием горизонтальные плоскости, состоящие из
набора длинных сцинтилляционных пластин, длина которых направлена
вдоль оси Х (S11 (8 пластин), S21 (2 пластины) и S31 (3 пластины)) и
вдоль оси Y (S12 (6 пластин), S22 (2 пластины) и S32 (3 пластины)). Система TOF включает в себя k=24 сцинтилляционные пластины, каждая из
которых просматривается с двух сторон быстрыми фотоэлектронными
умножителями. Импульсы от ФЭУ поступают на ADC и TDC для измерения их амплитуды и времени формирования относительно триггерного
сигнала.
При определении времени пролета частицы между верхней (ТОР) и
нижней (ВОТ) плоскостями используется методика «разности сумм»:
2 TOF = (TSBOTj -TSTOPi ) - (TS0BOTj - TS0TOPi)
TSTOPi = TTOPai + TTOPbi
TSBOTj = TBOTaj + TBOTbj
измеряются для каждого события, зарегистрированного системой TOF, а
константы:
TS0TOPi = (LSC)i/(VSC)i + (TPMT )ai + (TPMT )bi + (TCAB)ai + (TCAB)bi
TS0BOTj = (LSC)j/(VSC)j + (TPMT)aj +(TPMT )bj + (TCAB)aj + (TCAB)bj
или их разности должны быть определены заранее. Индексы “a” и “b” соответствуют фотоумножителям, просматривающим полосы слева и справа, а индексы i и j соответствуют номерам полос в верхней и нижней
плоскостях.
В штатном режиме разности этих констант определяются для каждой
возможной пары пластин, участвующих в измерении времени пролета, а
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 7
53
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
отбор частиц по значениям импульсов и расчет длин пролета выполняются с помощью данных магнитного спектрометра.
В обсуждаемом автономном методе во-первых, предполагается, что на
уровне моря подавляющее число регистрируемых частиц являются релятивистскими мюонами; во-вторых, константы разностей сумм определяются сначала внутри каждой структуры по отношению к выбранной базовой полосе этой структуры, затем измеряются разности сумм этих базовых полос по отношению к базовой полосе системы TOF, что дает возможность получить значения разности сумм для всех 24-х полос по отношению к одной базовой, не прибегая к калибровке “каждой с каждой”; и,
наконец, в третьих, координаты точек пересечения частиц с сцинтилляционными полосами, необходимые при расчете длин пролета определяются
с помощью выражения:
2 Xk=(LSC)i+(VSC)k((TPMT )ak+(TCAB)ak-(TPMT)bk-(TCAB)bk)-(TTOPak-TTOPbk)(VSC)k,
в котором сумма первых двух членов является константой 0к, характеризующей полосу, а третий – пропорционален измеряемой разности времен
TDk и скорости распространения сцинтилляционной вспышки в k-ой полосе. Взаимно перпендикулярное расположение полос в структурах S1, S2
и S3 позволяет измерить для каждой из них значения констант и скорости
(рис. 1а). На рис. 1b приведены распределения событий по измеренным
значениям скоростей, полученные при регистрации космических мюонов
нормально расположенной установкой и установкой перевернутой «вверх
ногами». Симметричность расположения пиков подтверждает корректность предложенной методики определения констант.
Рис.1. Методика измерения скорости света в сцинтилляторе (левая картинка).
Распределение событий по скоростям (правая картинка)
Список литературы
1.
Adriani O. et al. (PAMELA collaboration). Nucl. Phys. B, 134, 2004, p. 39.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 7
54
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 7
55