Введение к работе
Актуальность проблемы
С вводом в эксплуатацию в Лаборатории ядерных реакций ускорителя тяжелых ионов МЦ400 с энергией ускоряемых частиц до 100 МэВ/нуклон и продолжением работ по созданию циклотронного комплекса МЦ400-У400 возникла необходимость в разработке адекватных исследовательских установок. С точки зрения постановки экспериментов характерно, что в процессе взаимодействия налетающего ядра с веществом мишени могут образовываться несколько тяжелых фрагментов и до 10-15 легких заряженных частиц. Информация о механизме взаимодействия извлекается из корреляционных экспериментов, позволяющих регистрировать хотя бы все заряженные продукты реакции. Спектрометрическая система для изучения множественных продуктов реакций должна обладать высокой эффективностью регистрации продуктов во всех направлениях, многочастичной чувствительностью, позволять определять энергию, массу, заряд и угол разлета продуктов реакции. Отвечающая вышеперечисленным требованиям многодетекторная установка "ФОБОС", которая предназначена для проведения экспериментов в 4-я геометрии при энергии бомбардирующих частиц 10-100 МэВ/нуклон, создана в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ в рамках международной коллаборашш.
Анализ построения электронных систем для установок в 4я-геометрии на пучках тяжелых ионов, таких, как MSU Miniball и MSU 4tc-ARRAY в США, AMPHORA JNDRA в Европе, ФАЗА в России показывает, что пет единого рецепта и во всех системах использованы собственные разработки и уникальные решения.
Наличие большого числа связанных логикой эксперимента измерительных каналов ведет к применению сложных электронных систем, а потоки данных в сотни килобайт в секунду требуют мощной вычислительной техники, объединенной в единый комплекс. Целью работ, составивших диссертацию, была разработка и создание электронных систем для установки "ФОБОС", разработка концепции системы сбора, накопления, визуализации и обработки полученных экспериментальных данных и создание соответствующего аппаратного комплекса. При принятии решений необходимо было учитывать, что работы по созданию
установки ведутся в рамках широкой международной коллаборации, что дает как дополнительные возможности, так и требует использования согласованных стандартов, технологий, программного обеспечения, форматов данных и т.д. Научная новизна работ, составивших диссертацию, заключается в следующем:
1. Для установки в 4я-геометри'и "ФОБОС", предназначенной для изучения ядерных реакций
. при энергиях частиц пучка тяжелых ионов 10 - 100 МэВ/нуклон, состоящей из 30
позиционно-чувствительных лавинных счетчиков (ПЧЛС) и 30 брегговскнх ионизационных камер (БИК),, которые окружены 210 сцинтилляционными детекторами, разработаны и изготовлены уникальные электронные системы, обеспечивающие полноценное проведение экспериментов.
-
Впервые в мировую практику физического эксперимента введен метод цифрового съема сигналов с брэгговских ионизационных камер, основанный на быстрой оцифровке формы сигнала с помощью АЦП параллельного действия и обработке спецпроцессором по фиксированному алгоритму в режиме реального времени.
-
Предложена и реализована концепция сбора данных установки "ФОБОС", базирующаяся на аппаратуре стандартов КАМАК, VME, FASTBUS и многоуровневой компьютерной сети.
-
Разработан и создан триггер первого уровня установки, основанный на отборе по множественности, позволяющий уменьшить загрузку системы сбора данных на три порядка.
5. Разработан и изготовлен ряд новых электронных блоков в стандарте КАМАК,
предназначенный для работы в составе многодетскторных установок.
Практическая ценность.
В ходе данной работы были созданы уникальные электронные системы установки "ФОБОС", позволившие проводить корреляционные эксперименты в 4я-геометрии на ускорителе тяжелых ионов МЦ400.
Создан многокомпьютерный комплекс, состоящий из ЭВМ типа SUN, VAX и персональных компьютеров различной производительности, объединенных на основе сетевого оборудования стандарта Ethernet. Сегмент локальной сети, применяемый для работы с установкой "ФОБОС", входит в состав единой общелабораторной сети ЛЯР.
Новые электронные блоки в стандарте КАМАК, такие, как 32-х канальные блоки "ИЛИ" КМ32К и КМЗЗК, 16-ти канальцый входной регистр КР13К, 30-канальный преобразователь уровней ЭСЛ-NIM, а так же блоки для триггера первого уровня (блок логики инспекции
напожений, центральный селектор отбора событий, блок пересчета кратностей) моїут с успехом быть применены дчя работы в составе самых разнообразных многодетекторных установок.
На созданной в ЛЯР ОИЯИ установке "ФОБОС" проведены первые эксперименты но изучению спонтанного деления Cm и Cf, исследованию деления в реакциях 7Li + 232Th и 14N + ,97Au.
Опыт создания установки в 4тг-геометрии "ФОБОС" может быть использовал при создании других многодетекторных установок.
Автор защищает:
1. Разработку и создание автоматизированного программно-управляемого комплекса,
обеспечивающего сбор информации с газовых и сшштялляционных CsI(Tl) детекторов
установки "ФОБОС".
2. Разработку и создание триггера первого уровня установки "ФОБОС".
3. Разработку архитектуры многокомпыотериого комплекса для обеспечения различных систем установки ФОБОС ( системы сбора и накопления данных, управление газовакуумными системами, системы высоковольтного питания детекторов ).
4. Разработку и создание новых электронных блоков в стандарте КАМАК, предназначенных для создания многодетекторных установок ( 32-х входовые схемы ИЛИ КМ32К и XM33IC, 16-ти канальный входной регистр ЭСЛ КР13К, 32-х канальный преобразователь ЭСЛ-NIM ) и для триггера первого уровня установки "ФОБОС" ( блок логики блокировки я инспекции наложений, блок пересчета кратностей БПК11, центральный селектор отбора событий).
Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись и докладывались на Международных школах семинарах по физике тяжелых ионов (Дубна, Россия, 1986, 1989, 1993), Международной конференции по экзотическим ядрам в Форосе (Россия, 1991), Международной конференции по передовым технологиям в ядерной физике в Ирапетре, (Крит, Греция, 1991), X Междупародиом симпозиуме по проблемам модульных информационных компьютерных сетей и систем ICS-NET в С.Петербурге (Россия), Международной конференции ESONE по системам реального времени RTD'94 ( Дубна,
Россия, 1994 ), 16 международном симпозиуме по ядерной электронике в Варне (Болгария, 1994).
Публикации. По результатам исследований, составивших основу диссертации,
опубликовано 13 работ. Эти результаты получены автором в период 1984 - 1995 г.г. Структура и объем писсертапии.' Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, изложена на 89 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка, 2 таблицы и список литературы из 120 наименований.
