Ультрафиолетовые лазерные калибровочные системы в физике частиц высоких энергий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ
|
Брандин, Андрей Владимирович
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2006
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Брандин Андрей Владимирович
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ КАЛИБРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ В ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ
01.04.01 — Приборы и методы экспериментальной физики
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва 2006
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский инженерно-физический институт (государственный университет)».
Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор
Стриханов Михаил Николаевич.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор
Захаров Валерий Павлович; кандидат физико-математических наук Сандуковский Вячеслав Григорьевич.
Ведущая организация: Самарский филиал Физического института
им. П.Н. Лебедева
Защита состоится 2 июня 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.215.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева» (СГАУ) по адресу: 443086 Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГЛУ.
Автореферат разослан 28 апреля 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
кандидат технических наук, профессор ^— Шахов В.Г.
200б А-
Общая характеристика работы.
Актуальность проблемы.
Современная экспериментальная физика элементарных частиц базируется на крупных установках, состоящих из большого числа трековых, координатно-чувствительных и спектрометрических детекторов различного типа и содержащих десятки и сотни тысяч каналов съема, обработки и анализа информации. В создании и эксплуатации подобных установок исключительно важную роль играют вопросы надежности, калибровки и периодического контроля работы детекторов. При этом возникает ряд задач, для решения которых затруднительно или вообще невозможно использовать радиоактивные источники, частицы космического фона или собственно пучок ускорителя. Так, в широко применяемых в настоящее время больших время - проекционных камерах практически невозможно обеспечить идеальную однородность электрического и магнитного поля по всему чувствительному объему детектора. Это приводит к неоднородности скорости дрейфа электронов в различных частях детектора и, соответственно, к искажению треков частиц. В действующих и планируемых в настоящее время экспериментах с большой множественностью вторичных частиц возникают проблемы с двухчастичным разрешением и с искажениями электрического поля внутри камеры из-за накопления объемного ионного заряда в чувствительной области.
Поэтому в детекторах больших размеров необходимы «реперные» треки, лучшими из которых были бы треки частиц с бесконечно большим импульсом, имеющие заранее известное с высокой точностью положение.
На сегодняшний день наибольшие успехи в решении задачи прецизионной калибровки больших детекторов заряженных частиц направленным электромагнитным излучением достигнуты при использовании близкого ультрафиолетового (и, отчасти, рентгеновского) диапазонов электромагнитного излучения.
Основа лазерных калибровочных систем была заложена в начале 80-х годов. Такие системы с помощью двухфотонной ионизации компонент рабочего газа детектора излучением импульсных ультрафиолетовых лазеров формируют в объеме детектора лазерные треки, аналогичные трекам заряженных частиц. При этом, меняя мощность лазерного излучения, можно в широком диапазоне менять плотность электронов вдоль лазерного трека, то есть имитировать треки частиц с любой ионизирующей способностью. Положение лазерного луча в пространстве и во времени могут быть измерены с хорошей точностью, а сами лазерные треки не испытывают многократного рассеяния и нечувствительны к магнитным полям. Поэтому лазерные системы калибровки обеспечивают высокую точность пространственной, энергетической и временной калибровки.
Импульсные ультрафиолетовые лазеры могут быть с успехом использованы не только для детекторов объемом ~10 м3, но и в детекторах с
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург ОЭ 200 Ч1кт
объемом (~1(Г4 м3), позволяя увеличить точность и воспроизводимость результатов, а также значительно упростить процедуру регистрации и обрабогки информации. Для исследования корреляций физико-химических параметров веществ, в частное га, параметров захвата свободных электронов, с канцерогенной активностью химических соединений возможно создание лабораторной установки на основе ионизационной камеры (ИК) с лазерной фоюионизацией катода.
Цели и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является исследование основных принцинов применения ультрафиолетовых лазеров, как в физике частиц высоких энергий, так и в детекторах ионизирующих излучений, используемых в лабораторных, в частности, физико-биологических исследованиях.
В соответствии с поставленной целью определены задачи исследования:
1. Исследование и развитие основных принципов построения лазерных калибровочных систем больших газовых координатно-чувствительных детекторов элементарных частиц.
2. Разработка основных принципов контроля и управления лазерных калибровочных систем газовых координатно-чувствительных детекторов объемом -10 м3 с высокой точностью (погрешность позиционирования ~200 мкм).
3. Разработка системы регистрации и обработки информации с установки, предназначенной для исследования корреляций физических и биологических (канцерогенных) характеристик химических соединений.
4. Проведение экспериментальных исследований фотоэмиссии электронов под действием излучения лазеров на молекулярном азоте (N2-na3ep).
Научная новизна.
Впервые разработана и реализована высокоточная многолучевая лазерная система калибровки основной и малых время-проекционных камер спектрометра STAR. Показано, что ее использование позволяет измерять скорость дрейфа электронов в газовой смеси детектора и проводить коррекцию искажений регистрируемых треков заряженных частиц, связанных с искажениями электрическогого поля внутри объема детектора.
Впервые разработано уникальное оборудование для программно-аппаратного комплекса лазерной системы калибровки детектора объемом ~ 10 м3 и 1 соретически обоснованы принципы его работы и управления.
Разработан программно-аппаратный комплекс для оригинальной установки на базе ИК с лазерной фотоионизацией катода, предназначенной для исследования корреляций между физическими и медико-биологическими характеристиками веществ, который способен значительно ускорить и удешевить детектирование потенциальной канцерогенности.
Практическая значимость.
Разработанные теоретические подхода, методы и принципы реализованы
в программно-аппаратном комплексе высокоточной лазерной системы калибровки детекторов STAR на коллайдере релятивистских тяжелых ионов RHIC в Брукхэвенской Национальной лаборатории (БНЛ, США), в установке для исследования физико-биологических корреляций (МИФИ, Россия), а также будут применены в спектрометре ALICE (ЦЕРН, Швейцария).
Лазерная калибровочная система спектрометра STAR успешно функционирует в составе эксперимента с 2000 года. Она повысила достоверность восстановления треков элементарных частиц и снизила вероятность ошибок идентификации частиц при исследованиях фундаментальных свойств материи.
Результаты исследования но разработке физического экспресс-метода детектирования канцерогенности химических веществ на базе ионизационной камеры позволят создать службу канцерогенной безопасности, аналогичной службам радиационной безопасности, существующей в развитых странах. На защиту выносятся:
1. Развитие принципов построения высокоточных ультрафиолетовых лазерных калибровочных систем детекторов заряженных частиц в физике частиц высоких энергий.
2. Принципы и методики контроля и управления лазерных калибровочных систем координатно-чувствительных детекторов объемом ~ 10 м3 с высокой точностью (-200 мкм).
3. Методика и алгоритмы определения координат положения лазерных лучей в объеме детектора с использованием корреляционно-экстремальных методов.
4. Методы регистрации и обработки информации в ИК с ультрафиолетовой фотоионизацией катода для детектирования канцерогенной опасности химических соединений.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: IX Международная конференция по проволочным камерам (Вена, Австрия, 2001); II Всероссийская конференция «Университеты России - фундаментальные исследования. Физика элементарных частиц и атомного ядра», Москва (2001 г.); III Всероссийская конференция «Университеты России - фундаментальные исследования. Физика элементарных частиц и атомного ядра», Москва (2002 г.); Научная Сессия МИФИ-2003.
Публикации.
Результаты проведенных исследований изложены в 9 публикациях. Личный вклад автора.
Цель и задачи исследования реализованы автором самостоятельно. Экспериментальные исследования проведены в соавторстве. Автор принимал непосредственное участие при монтаже и настройке лазерной калибровочной
системы STAR, при проведении физических экспериментов на спектрометре STAR, при разработке экспериментальной установки для исследования корреляций физиких и биологических характеристик химических соединений.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 149 наименований. Общий объем диссертационной работы составляет 127 страниц, содержит 52 рисунка и 10 таблиц.
Содержание работы.
Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертационной работы.
В первой главе рассматриваются основные принципы построения лазерных калибровочных систем детекторов заряженных частиц.
В §1.1. рассматриваются физические основы двухфотонной ионизации органических молекул, присутствующих в газовой смеси детектора.
Двухфотонная реакция ионизации имеет вид
M + hv M* + hv -»Nf + e, (1)
Кинетика двухфотонной ионизации в газе детектора с примесью молекул М описывается уравнениями:
dn,/dt = ncxo-'F (2)
dnex/dt = (n0 - nex - n,)ff„F - n^o-'F - nJrex, (3)
где n0 - концентрация ионизуемых молекул примеси, ncx - концентрация возбужденных молекул М, п, = п« - соответственно концентрация молекулярных ионов и свободных электронов, та - излучательное или безизлучательное время жизни возбужденного состояния М*, <тс - сечение возбуждения молекулы М, а' - сечение ионизации молекулы М из возбужденного состояния, F — плотность интенсивности лазерного излучения.
При лазерной калибровке детекторов заряженных частиц, п,« п0, и
n£X=noF7--—-[l-«q>{-[<T. +(т;]^ + 1/г„}г] (4)
l0^ + сг, JF +1 / х1Х
Пс = n, - n„F2
. . _, _(1-«р{-|(<г.+<т; )р+\/т^+\/тЩ
\ае+СТ;)Р + 1/тах1 ~ (<Х,+<Г(> + 1/Ги
где Т - длительность лазерного импульса.
Линейная плотность электронов па лазерном треке описывается выражением:
Пе, « к8ктпо2;Р28Т, (6)
1дс кг ~ 1 - коэффициенты, учитывающие геометрические и временные характеристики лазерного луча, то есть изменения интенсивности лазерного излучения как в поперечном сечении лазерного луча, так и во время лазерного
импульса, Х- сечение двухфотонной ионизации, S - площадь поперечного сечения лазерного луча.
В §1.2. рассматриваются технические основы применения импульсных ультрафиолетовых лазеров для калибровочных систем.
Проведено сравнение технических характеристик и режимов работы газовых лазеров на молекулярном азоте и твердотельных Nd:YAG-Jia3epoB.
В §1.3. рассмогрены методы формирования тонких лазерных треков, имитирующих в объеме детектора треки быстрых заряженных частиц с бесконечно большим импульсом.
В основу лазерной калибровочной системы основной время-проекционной камеры (Time Projection Chamber (ТРС)) и малых время-проекционных камер (Forward Time Projection Chamber (FTPC)) спектрометра STAR, а также в лазерную калибровочную систему ТРС спекгрометра ALICE (ЦЕРН) положен метод разделения первичного лазерного луча диаметром —30 мм на вторичные лучи с помощью цилиндрических зеркал размером 1 мм. Эти зеркала представляют собой стержень со срезанным под определенным углом концом, на который нанесено отражающее покрытие (рис. 1 А). Дальнейшим развитием этого метода явилась многолучевая делительная головка, основным элементом которой является стеклянная пластина с фасками под различными углами, на которые нанесено отражающее покрытие (рис. 1 Б).
Рис. 1. Формирование тонких лазерных лучей с помощью цилиндрических (А) и пластинчатых зеркал (Б). 1 - цилиндрическое зеркало, 2 - первичный лазерный луч, 3 - отраженный лазерный луч, 4 - пластинчатое зеркало.
В §1.4. рассмотрен геометрический профиль тонкого лазерного луча.
Для создания большого количества тонких лазерных лучей исходный луч расширяется с помощью оптического телескопа. Телескоп настраивается так, чтобы выходящий из него луч фокусировался в точке, отстоящей от ггего на расстояние Г = (Б 1 + г') ~ 1 м, где Р[ - фокусное расстояние линзы, г' -расстояние от перетяжки сфокусированного луча до фокуса. Если вблизи
объектива телескопа размещено зеркало диаметром d, то диаметр D отраженного луча на расстоянии L от зеркала описывается формулой:
D2«[(L f)d/f]2 + [4XL/rtd]2, (7)
и дифракционная расходимость отраженного луча частично компенсируется фокусировкой. Тогда при фокусировке в дальней зоне (f ~ 1 м) с помощью зеркал диаметром d = 1-2 мм можно формировать лазерные лучи длиной свыше 2 м с эффективным диаметром менее 1 мм. Фокусировка в ближней зоне (f - 10 см) даст тонкие короткие треки с эффективным диаметром 100-200 мкм.
Минимальный диаметр (перетяжка) отраженного луча Dm = d/[(nd2 /4Xf) + 1J1/2 расположен на расстоянии Lm = f/[l + (4Xf/nd2)2 ] < f, что позволяет провести расче! параметров лазерных систем.
В §1.5. рассматривается использование внешнего фотоэффекта в детекшрах заряженных частиц.
Во второй главе описана лазерная калибровочная система ТРС спектрометра STAR.
Лазерная калибровочная система предназначена для измерения скорости дрейфа электронов и коррекции искажений треков заряженных частиц в детекторе, вызванных ЕхВ эффектом и накоплением пространственного заряда из-за высокой множественности в Au-Au столкновениях.
В §2.1. рассматривается назначение и основные характеристики ТРС спектрометра STAR.
В §2,2. рассматривается структурная схема и оптические элементы лазерной калибровочной системы ТРС (рис.2).
Рис. 2. Принципиальная схема лазерной калибровочной системы ТРС.
Лазерный луч от Ш:УАО-лазера (1) с Х=266 нм расширяется оптическим телескопом до диаметра -30 мм и с помощью двух зеркал направляется к ТРС (2) через отверстие в магните. Он попадает на зеркало с коэффициентом отражения 100%, поворачивающее луч параллельно плоскости ТРС по большей окружности. Далее луч делится на две части, один из которых направляется по часовой стрелке, второй - против часовой стрелки по внешней стороне ТРС. Поворот лучей по внешней стороне ТРС осуществляется дисперсионными призмами. На пути лучей над специальными входными окнами расположены полупрозрачные зеркала, которые делят лазерный луч на 6 лучей приблизительно равной интенсивности, и направляют их внутрь ТРС (рис. 2 А). Эти лучи попадают на связки маленьких зеркал (рис. 2 Б), формирующих в объеме детектора «веер» лазерных треков (рис. 2 В).
В §2.3. рассматривается назначение и основные характеристики РТРС
Рис. 3. Принципиальная схема лазерной калибровочной системы FTPC.
Конструктивно лазерные калибровочные системы детекторов FTPC и ТРС аналогичны и объединены в одну систему. Широкий лазерный луч с помощью подвижного зеркала, расположенного на внешней стороне спектрометра STAR, направляется либо в ТРС, либо в FTPC.
В третьей главе рассматриваются методы контроля и управления положением лазерных лучей в объеме детектора ТРС.
В §3.1. формулируются принципы контроля и управления лазерными калибровочными системами. Положение лазерного луча контролируется видеокамерами, перед объективами которых установлены сцинтилляционные экраны. Наблюдаемая камерами картина оцифровывается и поступает в компьютер для анализа. Для упрощения процедур контроля и юстировки в центре широкого лазерного луча с помощью непрозрачного шарика сформирована пятно Пуассона (рис. 4). В случае изменения положения пятна Пуассона, компьютер выдает сигналы на прецизионные микромоторы, меняющие положения подвижных юстировочных зеркал оптической системы до тех пор, пока пятно Пуассона не займет исходное положение на экране.
телескоп шарик лазерный
В §3.2. проводится анализ методов распознавания изображений и выбор метода, подходящего для решения поставленной задачи.
В §3.3. рассматривается развитие метода контроля положения лазерных лучей на основе корреляционно-экстремальной системы.
В связи с тем, что частота импульсного лазерного луча составляет 10 Гц, кадровая частота видеокамеры 30 Гц (система ЭТБС, принятая в США), длительность лазерного импульса ~3-8 не, время послесвечения экранов ~1 мс, оцифрованное изображение лазерного луча неоднородно и имеет разрывы (рис. 5 А). Помимо этого, только каждый третий кадр с видеокамеры содержит изображение лазерного луча. Выделение информативных кадров проводится с помощью расчета дисперсии интенсивности точек изображения:
1</(и)-7)1
/. 1
где /(г,./) - интенсивность точки изображения с координатами г,у; / - средняя интенсивность изображения; к, I - число точек изображения по горизонтали и вертикали (320x240).
При превышении порогового значения дисперсии изображения считается, что изображение содержит информативный кадр.
Так как для стабилизации изображения необходимо, чтобы момент вспышки лазера был жестко привязан к сигналу синхронизации считывающей электроники ТРС и БТРС, для обеспечения точности и воспроизводимости результатов восстановления лазерных треков автором разработан метод временной синхронизации видеокамер и лазеров, результаты использования которого представлены на рис. 5.
А
Б
Рис. 5. Изображения кадров, полученные без (А) и с использованием (Б) синхронизации.
Для определения координат положения лазерного луча производится поиск максимума коэффициента корреляции, рассчитанного для двух изображений - эталонного и текущего, полученного с видеокамеры. Эталонное изображение запоминается после проведения первоначальной юстировки лазерного луча. Из изображения с видеокамеры (А) размером 320x240 точек вырезается эталонное изображение (В) с размерами от 50x50 до ЮОх 100 точек (рис. 6), для которого запоминаются координаты его левого верхнего угла в исходном изображении. Частный коэффициент корреляции между двумя изображениями:
где 1Л (г, _/), 1В (г, /) - интенсивность точки изображения А и В с координатами /,_/; 1А, Iв - средняя интенсивность точек изображения А и В; агА, я2в - дисперсия интенсивности точек для изображения АкВ\к,1- число точек изображения по горизонтали и вертикали для эталонного изображения.
Для текущего изображения рассчитывается зависимость корреляционной функции (9) от смещения эталонного изображения относительно текущего изображения по вертикали и горизонтали (рис. 6). Путем поиска максимума коэффициента корреляции рассчитывается величина необходимой поправки положения юстировочных зеркал оптической системы.
С учетом того, что прямое применение этого метода требует большого количества вычислений, предложена методика, по которой проводятся расчеты для изображений с низким разрешением (с усредненными элементами 3x3 точки). Затем проводится точная локализация максимума коэффициента корреляции в пределах области 3x3 точек.
г{А,В) = ^
(9)
Рис. 6. Корреляционно-экстремальная функция для изображений А и В.
Для лазерной калибровочной системы разработан программно-аппаратный комплекс, который предназначен для синхронизации лазеров и считывающей электроники ТРС, синхронизации видеокамер, контроля и управления положением лазерных лучей в объеме ТРС.
В §3.4. рассматриваются экспериментальные результаты, полученные на лазерной калибровочной системе спектрометра STAR. Скорость дрейфа электронов в газе ТРС (90% Ar + 10%CHi) и вид лазерных треков, восстановленных считывающей электроникой ТРС, представлены на рис. 7А, Б.
Рис. 7. Экспериментальные результаты, полученные на лазерной калибровочной системе ТРС спектрометра STAR.
Калибровка ТРС и FTPC проводится перед началом регистрации физических данных и повторяется каждые 2-3 часа. По результатам калибровки проводится коррекция восстановления треков элементарных частиц.
В четвертой главе рассматривается применение ультрафиолетовых лазеров в прикладных и методических исследованиях.
Ранние исследования показали, что физический тест на канцерогснность химических соединений может сводиться к измерению параметров захвата свободных электронов в нейтральной буферной среде, содержащей молекулы потенциальных канцерогенов. Для исследования корреляций канцерогенной опасности веществ, определенной в медико-биологических экспериментах, с константой захвата свободных электронов разработан программно-аппаратный комплекс на базе плоскопараллельной ИК с лазерной ионизацией катода.
В §4.1. рассматриваются методы создания свободных электронов в объеме ионизационной камеры и их регистрация.
Форма импульса тока в плоскопараллельной двухэлектродной ИК при учете дрейфа, захвата и рекомбинации электронов имеет вид
I(t) = Io( 1 - Wt/d) [exp(-t/i)]/( 1 + krtQ/V), (10)
где I0 - начальное значение тока, определяющееся суммарной энергией, поглощенной в веществе детектора в импульсе, т - среднее время жизни электронов до захвата, V - объем чувствительной области ИК, kr - коэффициент рекомбинации.
При создании электронов ионизирующим излучением с захватом электронов электроогрицательными молекулами конкурирует процесс рекомбинации, что снижает точность и достоверность измерений и повышает порог регистрации. Другой способ образования свободных электронов в ИК -фотоэмиссия электронов из катода под действием искрового разряда или импульсного ультрафиолетового лазера. Преимуществами применения импульсного ультрафиолетового лазера являются:
1) высокая интенсивность излучения, что обеспечивает большую величину эмитируемого заряда и снижает требования к характеристикам считывающей электроники.
2) короткая по сравнению со временем дрейфа электронов длительность импульса и высокая направленность излучения, что позволяет инициировать в ИК электронный заряд размером < 100x100x100 мкм3.
В этом случае регистрируемый сигнал описывается следующими соотношениями:
U, (t < Т) = QR [ехр (-1/т)]/Т, (11)
U,(t>T) = 0
при RC«T («токовый» сигнал) и
Uu (t < Т) = Q/CT [RCt/(t - RC)][exp(-t/T) - exp(-t/RC)], (12)
Uu (t > T) = Uu(T) exp(-t/RC)
при КС ~ Т («интегрированный» сигнал). Я и С - соответственно сопротивление нагрузки и эквивалентная емкость внешней регистрирующей цепи, Т=с1Л¥ - время дрейфа электронов, т - среднее время жизни электронов до захвата, 0 - величина эмитированного заряда.
В §4.2. приводится описание разработанной установки для измерения времени жизни свободных электронов в смеси (буферный газ+молекулы электроотрицательного вещества), которая в настоящее время используется для изучения корреляций между параметрами захвата свободных электронов молекулами органических соединений и результатами медико-биологических тестов на канцерогенность. Установка (рис. 8) состоит из двухэлектродной плоскопараллельной ИК с лазерной фотоионизацией катода, газовой системы и системы сбора и обработки экспериментальных данных.
Г
БП
<С=
ПК
Ж
Л ЦП
БВН
Осц
Г,
ф
ГС L*
—*
ПУ
ZE
ИК I
г,
Л
БИЛ
Рис. 8. Общая блок-схема установки. АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; Г - внутренний генератор АЦП; БП - буферная память АЦП; ПК - персональный компьютер; Гь Г2 - импульсные генераторы; JI - лазерный излучатель; БПЛ - блок питания лазерного излучателя, ИК - ионизационная камера; ПУ - предусилитель; У - основной усилитель; ОСЦ - осциллограф; ГС - газовая система; БВН - блок высокого напряжения; О - оптрон.
ИК (рис. 9) имеет внутренний объем »200 см3 и расчитана для работы при давлении до 10 атм. Внутри установлен сетчатый анод из нихромовой проволоки, с которого проводится регистрация сигнала и катод, на который фокусируется лазерный луч. Диаметр катода и анода составляет 60 мм, рабочий межэлектродный зазор 10 мм.
3 4 .? J Га) 10
9 8 7
Рис. 9. Ионизационная камера. 1 - стеклянные изоляторы, 2 - корпус, 3 - электроды камеры, 4 - магниевая вставка, 5 - кварцевое окно, 6 -экранирующая сетка, 7 - сетчатый электрод, 8 - изоляторы, 9, 10 - фланцы.
Система сбора и обработки данных включает в себя широкополосный усилительный тракт, персональный компьютер, систему запуска лазера и амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) HBJI45, имеющий два независимых канала амплитудно-цифрового преобразования с частотой дискретизации /= 40 МГц каждый с разрешением 12 бит.
Сигнал, усиленный усилителем, поступает на вход АЦП, который преобразует сигналы и записывает их для обработки. Программа регистрации и обработки экспериментальных результатов написана на языке Delphi 7. Дальнейшая обработка полученных массивов проводится в стандартных программах MathCad, Origin, Statistica. Токовый или интегрированный импульс аппроксимируется зависимостями (11) или (12) по методу наименьших квадратов.
Для каждого исследуемого вещества проводится несколько серий измерений по 100 импульсам лазера в каждой серии Поскольку «наводка» от лазера достаточно стабильна по форме и амплитуде, ее подавление осуществляется вычитанием из данных, содержащих как исследуемый сигнал, так и наводку, данных, содержащих только наводку. Результаты подавления наводки представлены на рис. 10.
Конечным результатом работы блока сбора и обработки данных является значение измеряемого времени жизни электронов тт с соответствующей погрешностью.
Рис. 10. А - результаты оцифровки импульса напряжения «сигнал+паводка» (I) и наводки (2), Б - результат вычитания двух сигналов.
В §4.3. описаны результаты тестирования и оптимизации установки.
Для оптимизации параметров установки с целью увеличения отношения "сигнал/шум" была изучена эффективность поверхностной лазерной фотоионизации различных материалов. Показано, что максимальной эффективностью поверхностной фотоионизации обладает магниевый катод, для которого величина эмитированного заряда С) » 3.5 10"и Кл.
Па рисунке 11 приведены результаты измерения константы захвата свободных электронов в модельной смеси 02 + С02. Хорошее совпадение экспериментальных результатов и литературных данных свидетельствует об адекватной работе системы сбора, анализа и обработки информации.
Рис. 11. Зависимость коэффициента захвата свободных электронов в смеси С02-02 от плотности смеси. Сплошная линия - литературные данные.
В заключении представлены основные результаты диссертационной
работы:
1. Исследованы и развиты основные принципы построения высокоточных лазерных калибровочных систем газовых координатно-чувствительных детекторов объемом ~ 10 м3 на базе импульсных ультрафиолетовых лазеров.
2. Разработаны и исследованы основные принципы контроля и управления лазерных калибровочных систем с использованием корреляционно-экстремальных методов и проведена оптимизация методики обработки изображений для увеличения производительности вычислений.
3. Разработан программно-аппаратный комплекс управления лазерной системой калибровки детекторов STAR на ускорителе релятивистских тяжелых ионов RHIC в Брукхэвенской Национальной лаборатории. Показано, что погрешность стабилизации положения концов лазерных лучей составляет не более 0,2 мм.
4. Разработана система регистрации и обработки информации в установке, предназначенной для исследования корреляций физических и биологических (канцерогенных) характеристик химических соединений.
5. Оптимизированы основные параметры установки с целыо улучшения отношения «сигнал/шум» и получения достоверных результатов измерения константы захвата свободных электронов в газовой фазе.
6. Получены экспериментальные данные по фотоэмиссии электронов из металлов, полупроводников и диэлектриков под действием излучения Иг-лазеров. Показано, что фотоэмиссия электронов в этом случае обусловлена поверхностным двухфотонным фотоэффектом.
Основные положения диссертационной работы изложены в публикациях:
1. The laser system for the STAR time projection chamber J. Adams,.., A.Brandin,.., et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Volume 499, Issues 2-3,2003, Pages 692-702.
2. A laser calibration system for the STAR TPC. J. Adams,.., A.Brandin,.., ct al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Volume 478, Issues 1-2, 2002, Pages 163-165.
3. STAR detector overview. K. H. Ackermann,.., A.Brandin,.., et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Volume 499, Issues 2-3,2003, Pages 624-632.
4. Регистрация и обработка данных при исследовании захвата свободных электронов. A.B. Брандин, Е.М. Гущин, С.Г. Покачалов, и др Известия высших учебных заведений. Электроника, 2004, №3, -С. 77-82.
5. Лазерная калибровочная система время-проекционной камеры спектрометра STAR. А. Брандин, Е. Гущин, А. Ридигер, и др. IT Всероссийская конференция. Университеты России - фундаментальные
исследования. Физика элементарных частиц и атомного ядра. Сборник научных трудов,- М.: МИФИ, 2001.- С. 87-88.
6. Система управления лазерной калибровочной системы детектора STAR. A.B. Брандин, Е.М. Гущин, A.B. Ридигер. III Всероссийская конференция. Университеты России - фундаментальные исследования. Физика элементарных частиц и атомного ядра. Сборник научных трудов. - М.: МИФИ, 2002, 144-145. - М..- 2002,- С. 144-145.
7. Система автоматизированного контроля лазерной калибровочной системы детектора STAR. A.B. Брандин, Е.М. Гущин, A.B. Ридигер, и др. IV Всероссийская конференция. Университеты России фундаментальные исследования. Физика элементарных частиц и атомного ядра. Научная Сессия МИФИ-2003. Сборник научных трудов. -М: МИФИ, 2003.- С. 46-47.
8. Разработка программного обеспечения для системы автоматизации измерений времени жизни свободных электронов. A.B. Брандин, Е.М. Гущин, И.М. Полещук. Научная Сессия МИФИ-2003. Сборник научных трудов,- М.: МИФИ, - 2003.- Т.5: Медицинская физика и техника, биофизика. Математическое моделирование в геофизике. Охрана окружающей среды и рациональное природопользование. Теоретические проблемы физики. - С. 102-103.
9. Установка для измерения времени жизни свободных электронов. A.B. Брандин, Е.М. Полещук, И.М. Ободовский и др. Научная Сессия МИФИ-2003. Сборник научных трудов,- М.: МИФИ, - 2003. - Т.5: Медицинская физика и техника, биофизика. Математическое моделирование в геофизике. Охрана окружающей среды и рациональное природопользование. Теоретические проблемы физики. - С. 104-105.
»1
03 08
Подписано в печать 21.04.2006г. Формат 60/84 '/16 Бумага офсетная. Печать оперативная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.
Отпечатано в Самарском государственном
аэрокосмическом университете. 443086 г.Самара, Московское шоссе, 34
ВВЕДЕНИЕ.
I. Основные принципы построения лазерных калибровочных систем детекторов заряженных частиц. ф 1.1. Физические основы. Двухфотонная ионизация.
1.2. Технические основы. Импульсные ультрафиолетовые лазеры для лазерных калибровочных систем.
1.3. Методы формирования тонких лазерных треков.
1.4. Геометрический профиль тонкого лазерного луча.
1.5. Внешний фотоэффект как способ калибровки газовых детекторов в заряженных частиц.
1.6. Выводы.
II. Лазерная калибровочная система время-проекционной камеры спектрометра STAR.
2.1. Общая схема и основные элементы лазерной калибровочной системы спектрометра STAR.
2.2. Оптика лазерной калибровочной системы время-проекционной камеры.
2.3. Детектор FTPC.
V 2.4. Выводы.
III. Разработка метода контроля управления положением лазерных лучей в объеме детектора.
3.1. Постановка задачи автоматизированного контроля и управления.
3.2. Анализ методов распознавания изображений.
3.3. Метод контроля положения лазерных лучей в объеме детектора на основе корреляционно-экстремальной системы.
3.3.1. Система формирования изображения лазерного луча.
3.3.2. Обоснование выбора метода корреляционной обработки
• изображения.
3.3.3. Алгоритм работы системы оцифровки изображения.
3.3.4. Выбор порога определения информативных кадров.
3.3.5. Методика корреляционной обработки изображений с увеличенной производительностью вычислений.
3.3.6. Система синхронизации лазерной калибровочной системы.
3.3.7. Система управления лазерной калибровочной системы.
3.4. Экспериментальные результаты работы лазерной калибровочной системы спектрометра STAR.
3.5. Выводы.
IV. Применение ультрафиолетовых лазеров для прикладных и методических исследований.
4.1. Импульсное ультрафиолетовое излучение как источник свободных электронов.
4.2. Экспериментальная установка на базе импульсной ионизационной камеры и ультрафиолетового лазера для исследования корреляций физических и канцерогенных характеристик химических соединений.
4.2.1. Ионизационная камера.
4.2.2. Газовая система установки.
4.2.3. Система сбора и обработки данных.
4.3. Тестирование и оптимизация установки.
4.4. Выводы.
Современная экспериментальная физика элементарных частиц базируется на крупных установках, состоящих из большого числа трековых, координатно-чувствительных и спектрометрических детекторов различного типа, содержащих десятки и сотни тысяч каналов съема, обработки и анализа информации. В создании и эксплуатации подобных установок исключительно важную роль играют вопросы надежности, калибровки и периодического контроля функционирования как отдельных детекторов, так и всей установки в целом. При этом возникает ряд специфических задач, для решения которых затруднительно или вообще невозможно использовать радиоактивные источники, частицы космического фона или собственно пучок ускорителя. Так, в широко применяемых в настоящее время больших дрейфовых и время -проекционных камерах с объемом ~ 10 м практически невозможно обеспечить идеальную однородность электрического и магнитного поля по всему чувствительному объему детектора. Это приводит к различной скорости дрейфа электронов в различных частях детектора и, соответственно, к искажению реальной картины взаимодействия. В действующих и планируемых в настоящее время экспериментах с большой множественностью вторичных частиц возникают также проблемы с двухчастичным разрешением и с искажениями электрического поля внутри детектора вследствии накопления объемного ионного заряда в чувствительной области [1, 2]. Это становится особенно важным на ускорителях релятивистских тяжелых ионов, где множественность может достигать ~ 2000 для Au-Au столкновений при энергиях до 200 ГэВ.
В установках, использующих стримерные и пузырьковые камеры, также существует задача координатной привязки треков частиц к мишени, возникающая вследствие неконтролируемого смещения треков частиц из-за дрейфа электронов (всплывания пузырьков) за время между моментами прохождения частицы и визуализации трека.
Поэтому в детекторах больших размеров необходимы «реперные» треки, лучшими из которых были бы треки частиц с бесконечно большим импульсом, имеющие заранее известное с высокой точностью положение.
В связи с этим с конца 70-х годов велись активные поиски способов имитации треков быстрых заряженных частиц с помощью направленного электромагнитного излучения. Подобный подход представлялся чрезвычайно привлекательным, особенно в газовых детекторах с размерами ~ (1-10) м3, помещенных в магнитное поле, поскольку узкий пучок электромагнитного излучения, ионизируя рабочее вещество детектора, имитирует заряженную частицу с бесконечно большим импульсом. Такая имитация позволяет исключить влияние рассеяния заряженной частицы в веществе детектора, не требует, за некоторыми исключениями, специальных входных окон, позволяет калибровать одновременно несколько детекторов, разнесенных на большие расстояния.
На сегодняшний день наибольшие успехи в решении задачи прецизионной калибровки больших детекторов заряженных частиц направленным электромагнитным излучением достигнуты при использовании ультрафиолетового (и, отчасти, рентгеновского) диапазонов электромагнитного излучения. Основа лазерных калибровочных систем была заложена в начале 80-х годов [3-7]. Такие системы с помощью двухфотонной ионизации компонент рабочего газа излучением импульсных ультрафиолетовых лазеров формируют в объеме детектора лазерные треки, аналогичные трекам заряженных частиц [810]. При этом, меняя мощность лазерного излучения, можно в широком диапазоне менять плотность электронов вдоль лазерного трека, то есть имитировать треки частиц с практически любой ионизирующей способностью. Положение лазерного луча в пространстве и во времени, а также его мощность существующими методами могут быть измерены с хорошей точностью, а сами лазерные треки не испытывают многократного рассеяния и нечувствительны к магнитным полям. Поэтому лазерные системы обеспечивают высокую точность пространственной, энергетической и временной калибровки детектора.
В качестве наиболее важных задач, решаемых с помощью таких систем, можно указать следующие: пространственная калибровка трековых детекторов с точностью —200 мкм; измерение двухтрекового пространственного разрешения; энергетическая калибровка детекторов с шириной амплитудного распределения менее 0,1 ширины распределения Ландау для ионизационных потерь; измерение скорости дрейфа и коэффициентов диффузии электронов и ионов; измерение угла Лоренца;
-исследование влияния конструкции и геометрии многопроволочных детекторов больших размеров на их пространственные и энергетические характеристики.
Помимо этого лазерные системы являются прекрасным инструментом для наладки сложных детекторов в отсутствии пучка ускорителя.
Импульсные ультрафиолетовые лазеры могут быть с успехом использованы для создания электронов, вылетающих с поверхности различных материалов в результате поверхностного фотоэффекта. Этот метод был применен в спектрометре STAR, а также в методических исследованиях большой дрейфовой камеры спектрометра KLOE [11], при разработке RICH-детектора для эксперимента ГИНЕС (ИФВЭ, Протвино), в исследовании газовых процессов, происходящих в узкозазорных резистивных плоскопараллельных камерах [12], и в установке, предназначенной для исследования физико-биологических корреляций, разработанной при участии автора в рамках проекта МНТЦ №832 «Определение мутагенной и канцерогенной опасности физико-химическим методом» и грантов Минобразования РФ по программам «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала» (2001 г.) и «Федерально-региональная политика в науке и образовании» (2003 г.).
Целью диссертационной работы является исследование основных принципов применения ультрафиолетовых лазеров, как в физике частиц высоких энергий, так и в детекторах ионизирующих излучений, используемых в лабораторных, в частности, физико-биологических исследованиях.
В соответствии с поставленной целью определены задачи исследования:
1. Исследование и развитие основных принципов построения лазерных калибровочных систем больших газовых координатно-чувствительных детекторов элементарных частиц.
2. Разработка основных принципов контроля и управления лазерных калибровочных систем газовых координатно-чувствительных детекторов объемом -10 м3 с высокой точностью (погрешность позиционирования —200 мкм).
3. Разработка системы регистрации и обработки информации с установки, предназначенной для исследования корреляций физических и биологических (канцерогенных) характеристик химических соединений.
4. Проведение экспериментальных исследований фотоэмиссии электронов под действием излучения лазеров на молекулярном азоте (Иг-лазер).
Научная новизна.
Впервые разработана и смонтирована многолучевая лазерная система калибровки основной (Time Projection Chamber (ТРС)) и дополнительных (Forward Time Projection Chamber (FTPC)) время-проекционных камер спектрометра STAR на коллайдере релятивистских тяжелых ионов (Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)). Показано, что ее использование позволяет с высокой точностью измерять скорость дрейфа электронов в газовой смеси детектора, проводить коррекцию искажений регистрируемых треков элементарных частиц, связанных с искажениями электрического и магнитного полей в объеме детектора.
Впервые разработано уникальное оборудование для программно-аппаратного комплекса лазерной системы калибровки детектора объемом -10 м3 и теоретически обоснованы принципы его работы и управления.
Разработан программно-аппаратный комплекс для оригинальной установки на базе ионизационной камеры (ИК) с лазерной фотоионизацией катода, предназначенной для исследования корреляций между физическими и медико-биологическими характеристиками веществ, который способен значительно ускорить и удешевить детектирование потенциальной канцерогенности.
Практическая значимость.
Разработанные методики, алгоритмы и программное обеспечение лазерной калибровочной системы в настоящее время успешно функционируют в составе эксперимента STAR во время сеансов 2000-2006 гг. Они позволяют повысить достоверность восстановления треков элементарных частиц и таким образом оградить от возможных ошибок при исследованиях фундаментальных свойств материи.
Работы в области разработки физического метода детектирования канцерогенности химических веществ позволят в перспективе создать службу канцерогенной безопасности, аналогичной службам радиационной безопасности, существующей в развитых странах.
На защиту выносятся:
1. Развитие принципов построения высокоточных ультрафиолетовых лазерных калибровочных систем детекторов в физике частиц высоких энергий.
2. Принципы и методики контроля и управления лазерных калибровочных систем больших газовых координатно-чувствительных детекторов объемом ~ 10 м3 с высокой точностью (~200 мкм).
3. Методика и алгоритмы определения координат положения лазерного луча в объеме детектора с использованием корреляционно-экстремальных методов.
4. Методы регистрации и обработки информации в ионизационной камере с ультрафиолетовой фотоионизацией катода для детектирования канцерогенной опасности химических соединений.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: IX Международная конференция по проволочным камерам (Вена, Австрия, 2001); II Всероссийская конференция «Университеты России - фундаментальные исследования. Физика элементарных частиц и атомного ядра», Москва (2001 г.); III Всероссийская конференция «Университеты России - фундаментальные исследования. Физика элементарных частиц и атомного ядра», Москва (2002 г.); Научная Сессия МИФИ-2003.
Личный вклад автора.
Цель и задачи исследования реализованы автором самостоятельно. Экспериментальные исследования проведены в соавторстве. Автор принимал непосредственное участие при монтаже и настройке лазерной калибровочной системы STAR, при проведении физических экспериментов на спектрометре STAR, при разработке экспериментальной установки для исследования корреляций физиких и биологических характеристик химических соединений.
Результаты проведенных исследований изложены в 9 публикациях.
В I главе рассматриваются основные принципы построения лазерных калибровочных систем детекторов заряженных частиц на базе импульсных ультрафиолетовых лазеров.
Во II главе описана лазерная калибровочная система время-проекционной камеры спектрометра STAR. Высокоточная лазерная калибровочная система предназначена для измерения скорости дрейфа электронов в объеме детектора и определения искажений треков в детекторе, вызванных несоосностью магнитов детектора, накоплением пространственного заряда из-за высокой множественности в Au-Au столкновениях и существованием ЕхВ эффекта.
В III главе рассматриваются разработанные методы контроля и управления положением лазерных лучей в объеме детектора. Формулируются принципы контроля и управления лазерными калибровочными системами на основе корреляционно-экстремальной системы. Приводятся экспериментальные результаты, полученные на спектрометре STAR с помощью лазерной калибровочной системы.
В IV главе рассматривается применение ультрафиолетовых лазеров для исследования корреляций канцерогенной опасности веществ, определенной в медико-биологических экспериментах, с константой захвата свободных электронов. Описана разработанная система регистрации и обработки информации в установке на базе плоскопараллельной ионизационной камеры с лазерной ионизацией катода.
В заключении представлены основные результаты, полученные в диссертационной работе.
I. Основные принципы построения лазерных калибровочных систем детекторов заряженных частиц.
1.1. Физические основы. Двухфотонная ионизация.
Лазерный луч ионизирует либо специально вводимые в газ детектора насыщенные пары органических соединений с высокой вероятностью двухфотонной ионизации, либо изначально присутствующие в основном газе детектора примеси. Считается [8], что эти примеси являются парами вакуумного масла, попадающими в компоненты рабочей газовой смеси при их очистке. В любом случае двухфотонная реакция ионизации имеет вид
М + hv -> М* + hv ->М* + е, (1) ® и может идти по каналам:
MSo + hv -> м;, + hv -> М+ + е, (2)
Mso + hv -> м;, -> MSi + hv -> М+ + е, (3)
MSo + hv -> M's + hv -> M+ + e, (4)
MSo + hv -> M*sl -> Msi -> M*n -> MT1 + hv -> M* + e. (5) Также могут идти реакции двухфотонной ионизации молекул, находящихся в газе детектора, типа
MSo + hv -> М;, -> (М*е) + hv -> М* + е, (6)
Mso + hv -> м;, +Х -> (M^y + hv -> IvT + X + e, (7)
• Mso + hv -> М;, -> Ri + R; +hv -> R, + e. (8) и т.п. Здесь MSo, Msi и MTi - молекула на первом колебательном уровне соответственно основного и первого синглетного и триплетного состояний, M*So, м;, и MJ., - молекула на высоком колебательном уровне соответствующего состояния, Ri и R2 - радикалы, X - акцептор.
В общем случае определить тип двухфотонной ионизации затруднительно, и для лазерных калибровочных систем это не имеет практического значения.
Для количественного анализа введем следующие обозначения: п0 — концентрация ионизуемых молекул примеси, пех - концентрация возбужденных молекул М*, п, = пе, - соответственно концентрация молекулярных ионов и свободных электронов, г - излучательное или безизлучательное время жизни возбужденного состояния М*, <те - сечение возбуждения молекулы М, <т* -сечение ионизации молекулы М из возбужденного состояния, F - плотность интенсивности лазерного излучения. Рекомбинация не учитывается, поскольку плотность электронов на лазерном треке ne < 102 см"3. Тогда кинетика двухфотонной ионизации в газе детектора с примесью молекул М описывается следующими уравнениями: dn/dt = riexcr'F, (9) dnex/dt = (n0 - nex - nO ae F - ne a\ F - пех/ тех. (10)
Так как в любых случаях, за исключением, быть может, очень интенсивных световых потоков, которые не реализуются при лазерной калибровке детекторов заряженных частиц, nj « п0, то
Пех = ПоР7-Лг 1 / [l ~ ехр{~ + <т* ]f +1 / тех }г], (11)
Пе = rij = n0F
2 <Ге<Т, o-.+^y+i/r.L7, " "V.+^^+i/^ где T — длительность лазерного импульса (по основанию).
Считается [13], что при ионизации молекулы из возбужденного состояния Sq сечение ионизации <т* »(1 - 2)<т,, где а, - сечение ионизации из основного состояния молекулы S0. Точные значения сечения ионизации <т, измерены для сравнительно простых молекул - благородных газов, Ог, N2, Н2, С2Н2, С2Н4, СН3ОН, С6Н6 и некоторых других [14]. Общим результатом является наличие максимума в зависимости сечения ионизации от энергии кванта вдали от порога ионизации, причем величина максимального сечения
17 9 ионизации <7™* * (2-6)'10" см . Вблизи порога ионизации для всех исследованных молекул а, ~ 10'18 см2, поэтому для оценочных расчетов в l-exp{-[( 0-.+0-; )F + \/тех+\/г]г}) (12)
• 17 18 2 системах лазерной калибровки можно принимать ст, ~ (10 - 10",в) см . Если (сте + <r*)Fr « 1, то
Щ = п0?2*еа] гех(г-r[l-ехр(-Т/тех)]}. (13)
Если (сге + сг*)¥т » 1, то тг а-а>
П; = n0Fае+сг1
Т—-- г— (l - ехр[- (ст, +ae)FT]) a.+crJF
14) которое при (ае + cr*)FT « 1 дает следующее соотношение для плотности электронов вдоль лазерного трека ne= ^n0F2aea'T2. (15)
Однако в очень интенсивных световых потоках или при большой длительности лазерного импульса, когда (ае + сг*)¥Т » 1, промежуточное возбужденное состояние молекулы М* за время лазерного импульса «насыщается» (все молекулы вдоль лазерного луча за время, много меньшее длительности лазерного импульса приходят в возбужденное состояние) ne = n0F-^rr. (16) сг +crt
В лазерных калибровочных системах, как и в малых детекторах ионизирующих излучений, в которых применяются ультрафиолетовые лазеры, такая ситуация не реализуется из-за очень короткой (~0,1 — 1 не) длительности лазерного импульса. Поэтому линейная плотность электронов вдоль лазерного трека описывается простым выражением nel = kskTnoSF2ST, (17) где ks, кт ~ 1 — коэффициенты, учитывающие геометрические и временные характеристики лазерного луча, то есть изменения интенсивности лазерного излучения как в поперечном сечении лазерного луча, так и во время лазерного импульса, Е - сечение двухфотонной ионизации, зависящее от интенсивности и длительности лазерного импульса и конкретной реакции двухфотонной ионизации, S - площадь поперечного сечения лазерного луча.
Для ионизации неидентифицированной примеси, как правило, требуются мощные Ыс1:УАС-лазеры (с X = 266 нм) или более коротковолновые эксимерные лазеры. Для оптических элементов лазерных калибровочных систем, разрабатываемых на основе этих лазеров, необходимо использовать высококачественный кварц марки КУ-1, КУ-2, а также сложную технологию нанесения стойких зеркальных покрытий с высоким коэффициентом отражения. Кроме того, при ионизации неидентифицированной примеси воспроизводимость результатов энергетической лазерной калибровки проблематична. Тем не менее, такие системы при участии автора разработаны для экспериментов STAR (BNL), ALICE (CERN), в которых из-за больших радиационных загрузок вводимые в рабочий газ детектора молекулы органических соединений с низким потенциалом ионизации могут привести к эффекту старения [10].
При введении в рабочий газ специальных добавок с высокой вероятностью двухфотонной ионизации можно использовать менее мощные N2-лазеры на молекулярном азоте (с X = 337 нм). В этом случае требования к оптическим элементам лазерной системы менее жесткие и можно использовать увиолевое или обычное стекло. Из органических соединений, свойства которых представлены на рис. 1 и в таблице 1, наибольшее практическое значение имеют Ы,Ы,~Н',"Ы'-тетраметил-п-фенилендиамин (ТМПД) и а-нафтиламин, которые характеризуются большим сечением ионизации и низким давлением насыщенных паров. Вероятность двухфотонной ионизации у ТМПД приблизительно в 150 раз выше, чем у а-нафтиламина, однако последний предпочтителен из-за более низкого давления насыщенных паров. Обычно контейнер с порошкообразным веществом встраивают в газовую систему детектора, поэтому, учитывая высокую вероятность двухфотонной ионизации, для предотвращения эффекта старения можно уменьшать концентрацию молекул вещества в рабочем газе детектора на несколько порядков, понижая температуру контейнера или применяя деление газовых потоков.
1,00 2 о и" о В о
О. U ч
Т)
X р
-J о sa f-о к ж is s 5 с;
0.10
0,01
10 I1III J . . ■ .1. ■ ■■ J.J.
1 г f ■ ■
4 1
42 4
Ж 6 7
V 8
9 4 10
100 1000 10000 Плотность мощности лазера, Bt/cn?
100000
Рис.1. Зависимость линейной плотности электронов на лазерном треке с у площадью поперечного сечения 1 мм" от плотности мощности излучения N2-лазера для насыщенных паров ряда органических соединений, 1-9- вещества из Таблицы 1,10 — неидентифицированная примесь в Ne [8].
Таблица 1. Характеристики органических соединений с высокой вероятностью двухфотонной ионизации излучением ^-лазера. Ps - давление насыщенных паров при 20 С0, dj = Пц /SW2T - параметр, характеризующий вероятность ионизации, Ью - длина, на которой в результате поглощения лазерного излучения вследствие возбуждения молекул плотность электронов уменьшается на 10%.
Соединение Ps, 2, <xi, 103 Ью, п/п Topp 4 см с см/Вт2 с см
1 N,N,N',N'- тетраметилпарафенилендиамин 2 10"3 2 10"44 3625 80
2 2,2,6,6-диметилпиперидон-4-М-оксил ~ 10"1 ~10"48 55
3 М,КЧципропиланилин 1 10"2 4 10"4/ 35 1000
4 а-нафтиламин 3 Ю-4 1 Ю"45 24 300
5 Диэтилферроцен 5 10"2 3 10"52 11
6 Диэтилдифенилмолибден 5 10"6 8 10"45 3,1
7 Р-нафтиламин 4 10'5 4 10"46 1,4 4000
8 Диацетилферроцен 1 10"6 4 10'4Э 0,38
9 п,п- тетраметилдиаминодифенилметан 4 10'7 1 10"44 0,26
10 Дифениламин 2 10"4 4 Ю-49 0,008
4.4. Выводы.
1. Разработана система регистрации и обработки информации в установке, предназначенной для исследования корреляций физических и биологических (канцерогенных) характеристик химических соединений.
2. Усовершенствованы основные параметры установки с целью улучшения отношения «сигнал/шум» и получения достоверных результатов измерения константы захвата свободных электронов в газовой фазе.
3. Разработан аппаратный (программный) метод подавления высокочастотных наводок от N2 -лазера.
4. Получены экспериментальные данные по фотоэмиссии электронов из металлов, полупроводников и диэлектриков под действием излучения N2 -лазера. Показано, что фотоэмиссия электронов в этом случае обусловлена поверхностным двухфотонным фотоэффектом.
5. Проведено тестирование установки и показано, что разработанные программы и методы адекватны поставленным задачам.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Такой эксперимент, как STAR, является уникальным физическим инструментом, строительство и эксплуатация которого невозможна без международного сотрудничества. Разработанная высокоточная лазерная калибровочная система позволяет ускорить процедуры монтажа и настройки этих установок, значительно снизить стоимость и продолжительность наладочных работ, а также увеличивает точность и достоверность получаемых физических результатов при изучении фундаментальных свойств материи.
Впервые разработаны методики и программно-аппаратный комплекс, который используется для исследования физико-химического подхода к процедуре детектирования канцерогенности веществ. Ранние исследования показали, что физический тест на канцерогенность, может сводиться к измерению параметров захвата свободных электронов в нейтральной буферной среде, содержащей молекулы потенциальных канцерогенов. В этих исследованиях применялись плоскопараллельные ионизационные камеры, в которых в качестве буферной среды использовались неполярные жидкости изооктан и циклогексан, а также газовая смесь Аг+Н2. Физические методы способны значительно ускорить и удешевить раннее детектирование потенциальной канцерогенности.
Автором получены следующие основные результаты:
1. Исследованы и развиты основные принципы построения высокоточных лазерных калибровочных систем больших газовых координатно-чувствительных детекторов объемом ~ 10 м на базе импульсных ультрафиолетовых лазеров.
2. Разработаны и исследованы основные принципы контроля и управления лазерных калибровочных систем с использованием корреляционно-экстремальных методов и проведена оптимизация методики обработки изображений для увеличения производительности вычислений.
3. Разработан программно-аппаратный комплекс управления лазерной системой калибровки детекторов STAR на ускорителе релятивистских тяжелых ионов RHIC в Брукхэвенской Национальной лаборатории. Показано, что погрешность стабилизации положения лазерных лучей составляет не более 0,2 мм, а время необходимое для юстировки лазерных лучей составляет не более 1 минуты.
4. Разработана система регистрации и обработки информации в установке, предназначенной для исследования корреляций физических и биологических (канцерогенных) характеристик химических соединений.
5. Оптимизированы основные параметры установки с целью улучшения отношения «сигнал/шум» и получения достоверных результатов измерения константы захвата свободных электронов в газовой фазе.
6. Получены экспериментальные данные по фотоэмиссии электронов из металлов, полупроводников и диэлектриков под действием излучения N2-лазеров. Показано, что фотоэмиссия электронов в этом случае обусловлена поверхностным двухфотонным фотоэффектом.
Автор искренне благодарит Стриханова М.Н. за идею диссертационной работы и руководство ею, а также за всестороннюю поддержку совместных работ, проводимых в Брукхэвенской Национальной Лаборатории.
Автор выражает искреннюю признательность Гущину Е.М. за помощь в экспериментальных исследованиях, проведенных в рамках данной диссертации, внимательное прочтение и обсуждение рукописи диссертации, за полезные замечания к тексту работы.
Автор благодарит Лебедева А.Н., сотрудника Брукхэвенской Национальной Лаборатории за помощь при проведении экспериментальных работ и создании программно- аппаратного комплекса.
Автор благодарит Ридигера А.В. за помощь в разработке и изготовлении физической аппаратуры.
1. Ahmad N.} Ahmad Т., Aziz A. et al. ALICE Technical Proposal CERN/LHCC/95-71. LHCC/P3. 1995.
2. Harris J. et al. Nucl. Phys. 1994. V.A566. P.277.
3. Anderhub H., Devereux M.J., Seiler P.J. Nucl. Instrum. and Methods.1979. V.166. P.581.
4. Anderhub H., Devereux M.J., Seiler P.J. Nucl. Instrum. and Methods.1980. V.176. P.323.
5. Hilke H.J. Nucl. Instrum. and Methods. 1980. V.174. P.445.
6. Desalvo M., Desalvo R. Nucl. Instrum. and Methods. 1982. V.201. P.357.
7. Bourotte J., Sadoulet B. Nucl. Instrum. and Methods. 1980. V.173. P.463.
8. Гущин E.M., Лебедев A.H., Сомов C.B. ПТЭ. 1984. №3. С.7.
9. Gushchin Е.М., Lebedev A.N., Somov S.V. Nucl. Instrum. and Meth. 1985. V.228A.P.94.
10. W.Blum, Rolandi L. Particle Detection with Drift Chambers. Berlin, Heidelberg. Springer-Verlag. 1993.
11. A. Aloisio et al. (The KLOE Collaboration). The KLOE detector. Technical Proposal, LNF-93/002. 1993.
12. V.Ammosov, et al. Space-time correlations of discharge in narrow gap glass RPC Nucl. Instr. & Meth. A456, 2000, P.50-54.
13. Антонов B.C. и др. Фотоионизация молекул из основного и селективно- возбужденного состояний излучением ВУФ N2 -лазера. ЖЭТФ. 1973. т.73. №4. С. 1326.
14. Berkowitz J. Photoabsorption, photoionization and photoelectron spectroscopy. — New York, Acad. Press. 1975.
15. Будзяк А., Иванов И.Ц., Ляшенко В.И. и др. Препринт ОИЯИ 1312788. Дубна. 1979.
16. Армичев А.В., Бреусова Л.М. Прохорова Н.К. и др. Электронная пром-сть. 1981. № 5-6. С.83.
17. Зубов В.В., И.Ю.Федоров И.Ю. Электронная пром-сть. 1981. № 5-6.1. С.85.
18. Исайкина Л.В., Киселев Б.В., Москаленко В.Ф., Скоз В. Электронная пром-сть. 1981. № 5-6. С.91.
19. Гольдорт В.Г., Дернов М.А., Ищенко В.Н., Кочубей С.А. Изв. вузов, серия Электроника. 1996. № 1-2. С.51.
20. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. М.: Мир. 1980. С. 540.
21. J. Abele et al. The Laser Calibration System for the STAR Time Projection Chamber. Nucl. Instrum. Meth. 2003. A 499. P.692.
22. M. Anderson et al. The STAR Time Projection Chamber: A Unique Tool for Studying High Multiplicity Events at RHIC, Nucl. Instrum. Meth. 2003. A 499, P.659.
23. SOLAR Laser Systems, www.solarlaser.com.
24. ALEPH Collaboration handbook. CERN/LEPC 84-15. 1984.
25. Atwood W.B., Barczewski Т., Bauerdick L.A.T. et al. Nucl. Instrum. and Methods. 1991. V.A306. P.446.
26. Biebel O., Boden В., Borner H. et al. Nucl. Instrum. and Methods. 1992. V.A320. P. 183.
27. Алешин Ю.А., Аммосов B.B., Баранов В.И. и др. ПТЭ. 1994. №5.1. С.23.
28. Гущин Е.М., Лебедев А.Н., Сомов С.В., Рябов В.А. ПТЭ. 1987. № 6.1. С.29.
29. Гущин Е.М., Лебедев А.Н., Сомов С.В. и др. ПТЭ. 1990. № 4. С.63.
30. В. S. Nielsen, J. Westergaard, J. J. Gaardhoje, A. Lebedev (ALICE TPC Collaboration). 2002. Design Note on the ALICE TPC laser calibration system
31. Гущин E.M., Сомов С.В. ПТЭ. 2000. №3. C.l.
32. Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие для втузов: В 5 кн.- 4-е изд., перераб. М.: Наука. Физматлит. - Кн.4: Волны. Оптика. - М.: Наука. Физматлит. 1998.
33. Lohrman Е., Hochenergiephysik (Stuttgart: Teubner). 1992.
34. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Strangelet Search at RHIC, e-Print Archives (nucl-ex/0511047).
35. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Multiplicity and Pseudorapidity Distributions of Charged Particles and Photons at Forward Pseudorapidity in Au + Au Collisions at sqrt(sNN) = 62.4 GeV, e-Print Archives (nucl-ex/0511026).
36. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Directed flow in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 62 GeV, e-Print Archives (nucl-ex/0510053).
37. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Transverse-momentum pT correlations on (eta,phi) from mean-pT fluctuations in Au-Au collisions at sqrt(sNN)=200 GeV, e-Print Archives (nucl-ex/0509030).
38. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Incident Energy Dependence of pt Correlations at RHIC, Phys. Rev. С 72 (2005) 044902.
39. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Multi-strange baryon elliptic flow in Au+Au collisions at sqrt(sNN)= 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 95 (2005)122301.
40. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Multiplicity and Pseudorapidity Distributions of Photons in Au + Au Collisions at sqrt(sNN) = 62.4 GeV, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 062301.
41. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Distributions of Charged Hadrons Associated with High Transverse Momentum Particles in pp and Au+Au Collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 152301.
42. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Experimental and Theoretical Challenges in the Search for the Quark Gluon Plasma: The STAR Collaboration's Critical Assessment of the Evidence from RHIC Collisions, Nucl. Phys. A 757 (2005) 102.
43. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), K(892)* Resonance Production in Au+Au and p+p Collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV at STAR ,Phys. Rev. С 71 (2005) 064902.
44. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Pioninterferometry in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. С 71 (2005) 044906.
45. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Minijet deformation and charge-independent two-particle correlations on momentum subspace (eta,phi) in Au-Au collisions at sqrt(sNN) = 130 GeV, e-Print Archives (nucl-ex/0411003).
46. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Azimuthal Anisotropy in Au+Au Collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. С 72 (2005) 014904.
47. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Pseudorapidity Asymmetry and Centrality Dependence of Charged Hadron Spectra in d+Au Collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. С 70 (2004) 064907.
48. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Transverse momentum correlations and minijet dissipation in Au-Au collisions at sqrt(sNN) = 130 GeV, e-Print Archives (nucl-ex/0408012).
49. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Azimuthal anisotropy and correlations at large transverse momenta in p+p and Au+Au collisions at sqrt(sNN)= 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 252301.
50. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Open charm yields in d+Au collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 062301.
51. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Measurements of transverse energy distributions in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. С 70 (2004) 054907.
52. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Transverse-momentum dependent modification of dynamic texture in central Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. С 71 (2005) 031901 (R).
53. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Hadronization geometry and charge-dependent number autocorrelations on axial momentum space in Au-Au collisions at sqrt(sNN) = 130 GeV, e-Print Archives (nucl-ex/0406035).
54. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Phi mesonproduction in Au+Au and p+p collisions at sqrt(s)=200 GeV, Phys. Lett. В 612 (2005) 181.
55. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Centrality and pseudorapidity dependence of charged hadron production at intermediate pT in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 130 GeV, Phys. Rev. С 70 (2004) 044901.
56. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Production of e+e-Pairs Accompanied by Nuclear Dissociation in Ultra-Peripheral Heavy Ion Collision, Phys. Rev. С 70 (2004) 031902(R).
57. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Photon and neutral pion production in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 130 GeV, Phys. Rev. С 70 (2004) 044902.
58. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Azimuthally sensitive HBT in Au+Au collisions at sqrt(sNN) = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 93 (2004)012301.
59. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Production of Charged Pions and Hadrons in Au+Au Collisions at sqrt(sNN)=130GeV, e-Print Archives (nucl-ex/0311017).
60. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Azimuthal anisotropy at the Relativistic Heavy Ion Collider: the first and fourth harmonics, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 062301.
61. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Cross Sections and Transverse Single-Spin Asymmetries in Forward Neutral Pion Production from Proton Collisions at sqrt(s) = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 171801.
62. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Identified particle distributions in pp and Au+Au collisions at sqrt{snn}=200 GeV, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 112301.
63. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Pion, kaon, proton and anti-proton transverse momentum distributions from p+p and d+Au collisions at sqrt(snn) = 200 GeV, Phys. Lett. В 616 (2005) 8.
64. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Event-wise meanpT fluctuations in Au-Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. С 71 (2005) 064906.
65. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Multi-strange baryon production in Au-Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 182301.
66. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Pion-Kaon Correlations in Central Au+Au Collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 262302.
67. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), rho-0 Production and Possible Modification in Au+Au and p+p Collisions at sqrt(snn) = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 092301.
68. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Net charge fluctuations in Au+Au collisions at sqrt(snn) =130 GeV, Phys. Rev. С 68 (2003) 044905.
69. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Rapidity and Centrality Dependence of Proton and Anti-proton Production from Au+Au Collisions at sqrt(snn) =130 GeV, Phys. Rev. С 70 (2004) 041901.
70. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Three-Pion Hanbury Brown-Twiss Correlations in Relativistic Heavy-Ion Collisions from the STAR Experiment, Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 262301.
71. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Evidence from d+Au measurements for final-state suppression of high pT hadrons in Au+Au collisions at RHIC, Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072304.
72. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Particle-type dependence of azimuthal anisotropy and nuclear modification of particle production in Au+Au collisions at sqrt(snn) = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 052302.
73. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Transverse momentum and collision energy dependence of high pT hadron suppression in Au+Au collisions at ultrarelativistic energies, Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 172302.
74. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Erratum:
75. Midrapidity Antiproton-to-Proton Ratio from Au+Au sqrt(snn) = 130 GeV , Phys. Rev. Lett. 86 (2001)4778.
76. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Narrowing of the Balance Function with Centrality in Au+Au Collisions at sqrt(snn) =130 GeV, Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 172301.
77. J. Adams,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Strange anti-particle to particle ratios at mid-rapidity in sqrt(snn) = 130 GeV Au + Au collisions, Phys. Lett. В 567 (2003) 167.
78. С. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Disappearance of back-to-back high pT hadron correlations in central Au + Au collisions at sqrt(snn) = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 082302.
79. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Centrality Dependence of High pT Hadron Suppression in Au + Au Collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 202301.
80. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Kaon Production and Kaon to Pion Ratio in Au + Au Collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Lett. В 595 (2004) 143.
81. С. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Azimuthal Anisotropy and Correlations in the Hard Scattering Regime at RHIC, Phys. Rev. Lett. 90 (2003)032301.
82. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Coherent Rho-zero Production in Ultra-Peripheral Heavy Ion Collisions, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 272302.
83. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Elliptic flow from two- and four-particle correlations in Au + Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. С 66 (2002) 034904.
84. С. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Azimuthal anisotropy of KOs and Lambda + Lambdabar production at mid-rapidity from Au+Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 132301.
85. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), K*(892)0
86. Production in Relativistic Heavy Ion Collisions at sqrt(snn) =130 GeV, Phys. Rev. С 66(2002) 061901(R).
87. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Mid-rapidity Lambda and Lambda bar Production in Au + Au Collisions at sqrt(snn) =130 GeV, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 092301.
88. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Measurement of inclusive antiprotons from Au+Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 87 (2001)262302.
89. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Antideuteron and Antihelium production in Au+Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 87 (2001)262301.
90. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Mid-rapidity phi production in Au+Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. С 65 (2002) 041901(R).
91. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Multiplicity distribution and spectra of negatively charged hadrons in Au+Au collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 112303.
92. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Pion Interferometry of sqrt(snn) = 130 GeV Au+Au collisions at RHIC, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 082301.
93. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Identified Particle Elliptic Flow in Au+Au Collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 182301.
94. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Midrapidity Antiproton-to-Proton Ratio from Au+Au sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 86 (2001)4778.
95. C. Adler,., A.Brandin,., et al. (STAR Collaboration), Elliptic Flow in Au+Au Collisions at sqrt(snn) = 130 GeV, Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 402.
96. J.M. Landgraf et al.An Overview of the STAR DAQ System, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 762 (2003).
97. M. Beddo et al.The STAR Barrel Electromagnetic Calorimeter, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 725 (2003).
98. C.E. Allgower et al.The STAR Endcap Electromagnetic Calorimeter, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 740 (2003).
99. M. Anderson et al.A Readout System for the STAR Time Projection Chamber, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 679 (2003).
100. K.H. Ackermann et al.The Forward Time Projection Chamber (FTPC) in STAR, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 713 (2003).
101. L. Kotchenda et al. STAR TPC Gas System, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 703 (2003).
102. H.S. Matis et al. Integration and Conventional Systems at STAR, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 802 (2003).
103. C. Adler et al. The STAR Level-3 Trigger System, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 778 (2003).
104. F. Bergsma et al. The STAR Detector Magnet Subsystem, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 633 (2003).
105. K.H. Ackermann et al. STAR Detector Overview, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 624 (2003).
106. A. Braem et al. Identification of High pt Particles with the STAR-RICH Detector, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 720 (2003).
107. M.M. Aggarwal et al. The STAR Photon Multiplicity Detector, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 751 (2003).
108. D. Reichhold et al. Hardware Controls for the STAR Experiment at RHIC, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 792 (2003).
109. L. Arnold et al. The STAR Silicon Strip Detector (SSD), Nucl. Instrum. Meth. A 499, 652 (2003).
110. R. Bellwied et al. The STAR Silicon Vertex Tracker: A Large Area Silicon Drift Detector, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 640 (2003).
111. F.S. Bieser et al. The STAR Trigger, Nucl. Instrum. Meth. A 499, 7662003).
112. STAR Conceptual Design Report, PUB-5347, June, 15, 1992, LBLreport.
113. The STAR Conceptual Design Report (The STAR Collaboration), 1992 LBLPUB-5347.
114. STAR Project CDR Update (The STAR Collaboration), Jan. 1993 LBLPUB-5347.
115. Correcting for Distortions due to Ionization in the STAR TPC. G. Van Buren et al. arXiv:physics 0512157 vl 16 Dec 2005.
116. G.Ray, STAR Note #0003, LBL, 1992.
117. S.P.Beingessner, T.C.Mayer, M.Yvert. Nucl. Instr. and Meth. A271 1988. P.669.
118. J.Boehm, A.Lebedev, R.Weidenbach, R.Wells, H.Wieman. STAR TPC Laser Calibration Systenuo Preliminari design review. April 1995. LBL.
119. M. Alyushin, J. Boehm, J. Bercovitz, E. Gushchin et al. Laser Calibration System for STAR TPC. Proc. of Nucl. Sci. Symp., Nov.2-9 Anaheim, California, USA. 1996. v.l. P.499.
120. Spectra-Physics Lasers, Inc, 1344 Terra Bella Av.,Mountain View, CA, 94039. USA.
121. И.Е. Иродов. Волновые процессы: основные законы: Учеб. пособие для вузов. М.; СПб : Физматлит, 1999, 2001. - 256 с.
122. Путятин Е.П., Аверин С.И. Обработка изображений в робототехнике. М: Машиностроение, 1990. -320 с.
123. Handbook of pattern recognition and computer vision. Chen C.H., Rau L.F. and Wang P.S.P. (eds.). Singapore-New Jersey-London-Hong Kong: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 1995. - 984 p.
124. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Советское радио, 1974, -392 с.
125. Василенко Г.И., Цибулькин JI.M. Голографические распознающие устройства. М.: Радио и связь, 1985, -312с.
126. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.:1. Техносфера, 2005, -1072с.
127. Методы компьютерной обработки изображений: Учеб. пособие Под ред. Сойфера В.А. М.: Физматлит, 2001. - 780 с.
128. Хромов Л. И., Цыцулин А. К., Куликов А. Н. Видеоинформатика. Передача и компьютерная обработка видеоинформации. М.: Радио и связь, 1991.- 192 с.
129. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики. М.: Юнити, 1998. - 1022 с.
130. Single 1С CMOS monochrome camera with analog output OV5116 Series, datasheet. OmniVision Technologies, Inc., www.ovt.com129. www.averm.com.tw.
131. Trigger/Clock Distribution Tree. Requirement Document. Version 1.1a February 29, 1996. USA.131. www.newfocus.com.
132. Bakale G., McCreary R.D. A physico-chemical screening test for chemical carcinogens: the ke test. Carcinogenesis, Vol. 8, No. 2, 1987, P.253 264.
133. Lovelock J.E. Affinity of organic compounds for free electrons with thermal energy: its possible significance in biology. Nature, 1961. v. 189. No. 4766, P.729 732.
134. Lovelock J.E., Zlatkis A., Becker R.S. Affinity to polycycclic aromatic hydrocarbons for electrons with thermal energies: its possible significance in carcinogenesis. Nature, 1962. Vol. 193. No. 4815. P.540 541.
135. Lovelock J.E., P.G.Simmonds, W.J.A.Vandenheuvel. Affinity of steroids for electrons with thermal energies Nature, 1963. v.197, No. 4864, P.249 251.
136. Bakale G., McCreary R.D., Gregg E.C. Quasifree electron attachment to carcinogens in liquid cyclohexane. Cancer Biochem. Biophys, 1981. Vol. 5. P.103 -109.
137. Bakale G., McCreary R.D., Gregg E.C. Quasifree electron attachment to carcinogens. Int. J. Quant. Chem.: Quant. Biol. Symp., 1982. Vol. 9. P. 15 25.
138. Bakale G., McCreary R.D. A physico-chemical screening test forchemical carcinogens: the ke test. Carcinogenesis, 1987. Vol. 8. № 2, P.253 264.
139. Bakale G., McCreary R. Response of the ke test to NCI/NTP-screened chemicals I: non-genotoxic carcinogens and genotoxic noncarcinogens. Carcinogenesis, 1990. Vol. 11. № 10. P. 1811 1818.
140. Хаксли JI., Кромптон P. Диффузия и дрейф электронов в газах. М.: Мир, 1977.
141. Брандин А.В., Гущин Е.М., Ободовский И.М., Покачалов С.Г., Полещук И.М., Семенов Д.В. Установка для измерения времени жизни свободных электронов. Научная Сессия МИФИ-2003. Сборник научных трудов. М: МИФИ, 2003, т.5, С. 104-105.
142. Гущин Е.М., Ободовский И.М., Покачалов С.Г. и др. Сб. научных трудов «Научная Сессия МИФИ- 2003». М.: МИФИ, 2003. Т. 5. С. 106.
143. Kirsanov М.А., Kruglov A.A., Obodovski I.M., Pokachalov S.G. Nucl. Instrum. and Meth. 1993. V. A327. P. 159.
144. Брандин • A.B., Покачалов С.Г., Полещук И.М. Изв. вузов. Электроника. 2004. №. 3. С.77.145. www.signal.ru.
145. Гущин Е.М., Сомов С.В. ПТЭ. 2000. № 4. С.41.
146. Kokaku Y., Hatano Y., Shimamori H., Fessenden R.W. Chem. Phys. 1979. V. 71. №. 12. P.4883.
147. Гущин E.M., Миханчук H.A., Покачалов С.Г. Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. № 17.С.43.
148. Christophorou L.G. Zeitschrift fur physikalische Chemie. 1996. В. 195.1. P.195.
