Электронное антисовпадение - Electronic anticoincidence

Электронное антисовпадение это метод (и связанное с ним оборудование), широко используемый для подавления нежелательных "фоновых" событий в физика высоких энергий, экспериментальный физика элементарных частиц, гамма-спектроскопия, гамма-астрономия, экспериментальный ядерная физика и связанные поля. В типичном случае высокоэнергетическое взаимодействие или событие, которое желательно изучить, происходит и обнаруживается каким-либо электронным детектором, создавая быстрый электронный импульс в соответствующем ядерная электроника. Но желаемые события смешиваются со значительным количеством других событий, вызванных другими частицами или другими процессами, которые создают неразличимые события в детекторе. Очень часто можно организовать другие физические детекторы фотонов или частиц, чтобы перехватывать нежелательные фоновые события, создавая по существу одновременные импульсы, которые можно использовать с быстрой электроникой для отклонения или запрета нежелательного фона.

Гамма-астрономия

Первые экспериментаторы рентгеновской и гамма-астрономии обнаружили, что их детекторы, летавшие на воздушных шарах или зондирующих ракетах, были искажены большими потоками фотонов высоких энергий и заряженных частиц космических лучей. Гамма-излучение, в частности, можно было коллимировать, окружив детекторы тяжелыми экранирующими материалами, сделанными из свинца или других подобных элементов, но быстро было обнаружено, что высокие потоки проникающего излучения высокой энергии, присутствующего в ближнем космосе, создают ливни вторичных частиц, которые невозможно остановить разумными экранирующими массами. Чтобы решить эту проблему, детекторы, работающие выше 10 или 100 кэВ, часто окружались активным экраном от антисовпадений, сделанным из какого-либо другого детектора, который можно было использовать для подавления нежелательных фоновых событий.^[1]

Рисунок активного антисовпадательного коллимированного сцинтилляционного спектрометра, предназначенного для гамма-астрономии в диапазоне энергий от 0,1 до 3 МэВ.

Ранний пример такой системы, впервые предложенный Кеннет Джон Фрост в 1962 г., показано на рисунке. Он имеет активный сцинтилляционный экран CsI (Tl) вокруг детектора рентгеновского / гамма-излучения, также из CsI (Tl), с двумя соединенными электронным антисовпадением, чтобы отклонять нежелательные события заряженных частиц и обеспечивать требуемую угловую коллимацию.^[2]

Пластиковые сцинтилляторы часто используются для отражения заряженных частиц, в то время как более толстый CsI, германат висмута (BGO) или другие активные экранирующие материалы используются для обнаружения и наложения вето на гамма-события некосмического происхождения. Типичная конфигурация может иметь сцинтиллятор NaI, почти полностью окруженный толстой защитой от совпадений из CsI, с отверстием или отверстиями, позволяющими желаемым гамма-квантам проникать от исследуемого космического источника. Пластиковый сцинтиллятор может быть использован поперек фронта, который достаточно прозрачен для гамма-лучей, но эффективно отклоняет высокие потоки протонов космических лучей, присутствующих в космосе.

Комптоновское подавление

В гамма-спектроскопия, Комптоновское подавление это метод, который улучшает сигнал, предотвращая^{[требуется разъяснение ]} данные, которые были повреждены в результате инцидента гамма-луч получающий Комптон разбросан из цели, прежде чем вложить всю свою энергию. Эффект^{[требуется разъяснение ]} сводить к минимуму Комптоновский край особенность в данных.

Твердотельные германиевые детекторы с высоким разрешением, используемые в гамма-спектроскопии, очень малы, обычно всего несколько сантиметров в диаметре и имеют толщину от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров. Поскольку детекторы настолько малы, вполне вероятно, что гамма-лучи будут рассеиваться Комптоном за пределы детектора, прежде чем отдать всю свою энергию. В этом случае считывание энергии системой сбора данных будет неполным: детектор регистрирует энергию, которая составляет лишь часть энергии падающего гамма-излучения.

Чтобы противодействовать этому, дорогой и маленький детектор высокого разрешения окружен более крупными и дешевыми детекторами низкого разрешения, обычно сцинтилляторы йодида натрия. Главный детектор и детектор подавления работают в режиме анти-совпадения, что означает, что если они оба обнаруживают гамма-излучение, то гамма-излучение рассеивается из основного детектора, прежде чем отдать всю свою энергию, и данные игнорируются. Гораздо более крупный детектор подавления имеет гораздо большую тормозную способность, чем основной детектор, и маловероятно, что гамма-излучение рассеется так, чтобы ускользнуть от обоих устройств.

Ядерная физика и физика элементарных частиц

Современные эксперименты в области ядерной физики и физики частиц высоких энергий почти всегда используют быстрые схемы антисовпадений, чтобы наложить вето на нежелательные события.^[3]^[4] Желаемые события обычно сопровождаются нежелательными фоновыми процессами, которые должны подавляться огромными факторами, от тысяч до многих миллиардов, чтобы разрешить обнаружение и изучение полезных сигналов. Крайние примеры подобных экспериментов можно найти на Большой адронный коллайдер, где огромные детекторы Atlas и CMS должны отражать огромное количество фоновых событий с очень высокой скоростью, чтобы изолировать очень редкие искомые события.