Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464

Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464
Данни

Регистрирана информация

 

Да си спомним как изглежда блок схемата на една станция Русалка. 

Във всеки от сцинтилационните броячи, заредена частица при преминаване през сцинтилатора (при нас той е направен от специална пластмаса с добавки), в началото възбужда атомите и молекулите, след което възбуждането се усреднява (изчезва). Част отива за загряване на материала, а част се изсветва като светлинни кванти. Чрез специални влакна за предаване на светлина те се предават на фотокатода на фотоумножител (ФЕУ). Подобни влакна се използват за предаване свтлинни сигнали практически без загуби на големи разстояния. Те са основа на Интернета. Конструкцията на нашия брояч може да видите тут. Светлината, попаднала във ФЕУ, се преобразува в електрони, усилва се в динодна система и на изхода на ФЕУ възниква импулс на ток. Електронният блок, на който постъпват сигналите от ФЕУ, трябва да реши няколко задачи:

  • Да избере само тези сигнали от ФЕУ, които са над прага;
  • Да избере сред тях тези случаи, когато сигналите от два брояча (ФЕУ) са близо един до друг във времето (съвпадение по време);
  • За случаите, които удовлетворяват тези условия, да предаде като числа, на диска на компютъра, следните величини:
    1. абсолютното време на поява на сигналите във всяко ФЕУ;
    2. дължината на сигналите във всяко ФЕУ (на нивото на прага).

 

Да разбереме, поне в общи черти, как това се прави на практика . На рисунката са показани: сигнали от ФЕУ от брояч №1 (червен) и брояч №2(син). Те специално са направени с различни амплитуди за да се покаже, че сигналите на изходите на броячите всякога са различни в различните случаи. Те, както казват физиците, са разпределени статистически около някакво средно значение на амплитудата на сигнала. За по-ясно съм нарисувал случай, когато сигнала от двата брояча се появяват в едно и също време (като че ли е пристигнал реален ШАП). Черната хоризонтална линия, която пресича сигнала около основата, е нивото на праговия сигнал.

С електронна схема – дискриминатор, ние решаваме “има ли сигнал или не”. На дискриминатора подаваме прагово ниво (постоянно напрежение). Правилното му определяне е една от задачите, които физика трябва да реши при настройване на установката. Обърнете внимание, че дискриминатора дава заедно две значения – време на пресичане на праговото ниво от сигнала и време на фронта на сигнала (t0(1) или t0(2)) и ние ще използваме този момент за определяне абсолютното време на поява на сигнала (по-подробно след малко). Но, освен това, получаваме още една полезна величина – дължина на сигнала на нивото на праговото напрежение DT(1) и DT(2). Както се вижда от рисунката, тази величина е свързана с амплитудата на сигнала. Синият сигнал е по-голям от червения и затова DT(2) е по-голямо от DT(1). Надяваме се, че използването на това измерване ще ни помогне да определиме колко частици ШАП са преминали през нашия детектор. Понеже всичките ще преминат в едно и също време – фронта на ШАП, то по това време ние не можеме да ги разделиме и след това преброиме. Но амплитудата на сигнала и, следователно, DT(х) за такива случаи ще бъде по-голяма, отколкото, когато в брояча е попаднала само една частица от ШАП.

Вече предварително подготвихме отделните сигнали. Сега трябва да измислиме как да отделяме “съвпадащите” събития. Какво значи това? Това значи, че ние трябва да изберем, от всички постъпващи събития, само такива двойки събития в двата брояча, когато два сигнала се появяват в границите на зададения от нас диапазон. Защо диапазон, а не точно ? Отговорът е, че това не е математика, а реален живот и е невъзможно да се иска двата сигнала да се появяват в едно и също време. Освен това, ние планираме от разликата по време между двата сигнала да определиме направлението (ъгъл на наклон) на оста ШАП, който съвпада с направлението на първичната частица от космическите лъчи. А това значи, че ние трябва да напишеме условието за съвпадение във вид |t0(1) - t0(2)| < Tсъвп . Защо трябва да бъде “по абсолютно значение”, надявам се, че е веднага ясно. Ние не знаем от какво направление ще долети ШАП и, следователно, кой от двата брояча ще даде сигнал по-напред. Затова трябва да искаме ±. За отделяне от всички преминали през предварителния тест по амплитуда (в дискриминаторите) сигнали от ФЕУ случаи на двойни сигнали от двата брояча, удовлетворяващи вече изискванията по време (съвпадения в границите на зададен временнен «прозорец») се използва още една схема — схема на съвпадения (СС). Тя има два входа, на които постъпват, отбраните по амплитуда и формирани в дискриминаторите, сигнали от нашите детектори и един изход. Първият от появилите се, в който и да е от нашите детектори, сигнали пуска вътре в СС сигнал със зададена дължина Tсъвп. Той е показан на рисунката в долния край. След това схемата проверява и, ако на съседния канал в течение на време Tсъвп се появява втори сигнал, то на изхода на СС се появява сигнал, означаващ, че в границите на зададеното от нас временен диапазон е имало сигнали и от двата детектора. За нас това е «триггерен» (trigger — спусък, както вече беше казано) сигнал и, при неговото появяване, ние включваме цялата процедура за обработка и предаване в компютъра на регистрираната в дадения случай на ШАП (или много приличащ на него случай) информация.

Време е да кажем какви неща ние2 можем да измерим в даденото събитие?

1 и 2: t0(1) и t0(2) времена на появяване на сигналите в нашите два детектора
3 и 4: DT(1) и DT(2) дължина на сигналите на нивото на прага.

 

Как ние получаваме тези величини в разбираема за компютъра (цифрова) форма? За да разбереме как се определят първите две величини трябва да разбереме как работи GPS (Global Positioning System). По-лесно е да се разкаже как може да се превърне дължината на сигнала в число ? За това ни трябват вече известните елементи: 1-Схема на съвпадения, 2-Генератор на импулси, 3- Брояч на импулси.

Струва ми се, че вече всичко е ясно от рисунката. Схемата на съвпадение ще даде на изхода толкова сигнала от генератора, колкото са « влезли» в измервания сигнал (червения горен сигнал. Черното гребенче под него демонстрира сигнал с постоянна честота от генератора, който постъпва на втория вход на схемата за съвпадения). Дължината на нашия сигнал ще бъде приблизително равна на броя импулси на изхода на СС умножена на периода на импулсния генератор. Например, ако честотата на генератора е 100 мГц, то периода ще бъде равен на 10-8 секунди или 10 наносекунди и дължината на сигнала на рисунката ще бъде 10 нсек * n (брой на импулси на изхода, равно в дадения случай на 11) ≈ 110 наносекунди. Защо приблизително—също е разбираемо. Точностите при този метод са равни на дължината на периода на генератора, който в този пример е 10 нсек. Колкото по-висока е честотата на генератора — толкова по-голяма точност на измерване на «числото» ние имаме. По този начин превърнахме дължината на сигнала в брой импулси, които лесно се броят с още една електронна схема - брояч.

Остана да се кажат още няколко допълнителни думи за Системата за Глобално Позициониране или Global Positionning System (GPS), създадена в САЩ или за руския аналог - ГЛОНАСС. Подробно описание може да се намери в Интернета), но ще се опитам накратко да опиша тази много сложна техническа система.

Главната идея е такава — ако се изстрелят на орбита около Земята много спътници (минимум 24), всеки от които, в строго съгласуван и известен ред ще излъчва радиосигнали, съдържащи: информация за спътника (номер, положение на орбитата в дадения мрмент, сигнал на абсолютното точно време и други служебни сигнали (не са ми известни), то, не навлизайки в сложни детайли, може да се съобрази, че е възможно да се конструира приемник, който ще може, получавайки едновременно сигнали от няколко спътника (колкото повече, толкова по-точно, но не по-малко от 3-4), може да пресметне точното място, където се намира приемника. И факта, че е достатъчен само приемник, е първото велико преимущество на тази система. За нейното използване е необходим само пасивен елемент — приемник и тези приемници могат да бъдат много, тъй като не оказват влияние на работата на спътниците—не ги товарят с въпроси. Тази възможностна на GPS дава възможност за широко използване на навигатори за всички транспортни средства (автомобили, кораби, самолети, ракети). За нас и нашия проект е важна друга техническа особеност на тази система. За точно изчисляване на координатите трябва да се използват много точни часовници. Това е необходимо, защото грешка във времето само на 0,001 секунды дава грешка в координатите на 300 км. Затова, на всеки спътник GPS са поставени атомни часовници, и то не един, а 4 екземпляра, за гаранция, че поне един от тях ще работи. Атомните часовници на спътниците дават точност 0,000000001 секунди, или преведено на “човешки” език 10-9 или 1 нано секунда. Привиквайте към тази удобна за физиката на високите енергии величина. Светлина за 1 нс преминава около 30 см., а 1 метър прелита за ~ 3 нс.

Възможностите на GPS да дава абсолютно време3 с такава точност ни дава удивителна възможност—да установяваме съвпаденията по време, не в електронна схема, а посредством GPS система. Защо това е удобно и открива нови възможности? За определяне факта на съвпадение по време, чрез електронна схема трябва да свържа с кабел схемата с двата канала (изходите на сцинтилационните броячи). Ние (физиците) сме свикнали с такава работа. Голяма част от живота ни отива за прокарване на стотици метри кабели от детекторите към стойките, където се монтира електрониката. Но това ни ограничава в пространството, все пак, тежко се тегли кабел на разстояние повече от няколко километра. Ако се научим да записваме в компютъра не само данни от сигнали на детекторите (което можем да правим добре), но и абсолютното (UTC) време, то, след това, аз ще мога, преглеждайки записаните в различните части на света събития (в Дубна и, например, в Ставропол), да определям, кои от тях съвпадат с точност около 10 нс! За да ви предпазя от необмислено радост - ” всичко това е много просто!” ще кажа, че и тук има много технически нюанси. Спътниците не предават “сигналите за точно време (UTC)” всяка наносекунда! Това е и технически невъзможно. В момента на предаване, те трябва да излъчат доста информация. Затова спътниците от системата GPS дават своите сигнали за точно време само всяка секунда, но с казаната “безумна” точност.

Сега, както ми се струва, ние съгласувахме всички основни понятия и, надявам се, ги разбрахме. Остана само да се съобщи каква именно информация за всяко събитие се формира в електронните блокове на всяка станция и след това се запомня и пази в централния сервер. Към анализа на тази информация вие много скоро ще поучите достъп.

Аз прегледах списъка на регистрираните параметри (формат на данните) и разбрах, че и тук трябва нещо да обясня. Списъкът в пълен обем го има на сайта, но аз, за сега, изхвърлих от него това, което има чисто технически характер и оставих само това, което ще ни трябва за началото.

В началото целия списък, а след това по пунктове.

Описание на ROOT data format

Да смятаме, че това, за сега, е достатъчно, за разбирането какви величини ви предстои да анализирате


2 Обръщам внимание, че тези имена на регистрираните величини не съвпада с техните имена в списъка на променливите, които са приети за формата от данни. Аз взех по-къси и прости имена.

3За нула на това време се взима 1 януари 1970 година, така нареченото Coordinated Universal Time (UTC).


Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464