Новые возможности ядерной эмульсии

14:49 22.01.2010

Ядерная эмульсия давно и успешно используется в физических экспериментах в качестве трекового детектора элементарных частиц. Но благодаря созданию современных автоматизированных комплексов, способных с высокой скоростью обрабатывать полученную информацию, открываются новые возможности ее применения. В нашей стране пока успешно функционирует один комплекс полностью автоматизированной обработки данных трековых детекторов. Он находится в Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН

Эксперименты с применением ядерной эмульсии в некоторой степени можно сравнить с работами в палеонтологии, когда по частям скелета доисторических животных восстанавливается их облик, или же когда по некоторым частям растения производится восстановление всей его системы. Только в случае с ядерной эмульсией размах возможно расшифрованных загадок несколько иной. Она является идеальным материалом для прорисовки дополнительных черточек к существующей картине мира. Дело в том, что ядерная эмульсия является объёмным детектором, так как элементарные частицы проходят сквозь неё в любых направлениях. При прохождении через эмульсию частицы сталкиваются, распадаются и иным образом взаимодействуют с ядрами фотоэмульсии: элементарные заряженные частицы ионизируют кристаллики бромида серебра вдоль своей траектории, которые при последующем проявлении превращаются в частички металлического серебра, видимые в обычный оптический микроскоп. Так формируются треки, анализируя которые можно восстановить все события, происходившие в толще эмульсии. 

"Раньше эмульсию обрабатывали вручную: человек, работающий на оптическом микроскопе с увеличением до 90x, находил глазами нужные точки начала и конца трека частицы и записывал данные с измерительных линеек. Но, например, только в одном слое эмульсии в одном ядро-ядерном взаимодействии, где может появиться несколько тысяч вторичных частиц, этих точек, соответственно, будет десятки тысяч. Поэтому процесс ручной обработки и анализа событий в эмульсии растягивался на месяцы, а то и на годы. С появлением автоматизированных комплексов стала возможной обработка за существенно меньшее время", - говорит один из авторов фиановского программного обеспечения для автоматизированной обработки данных трековых детекторов, кандидат физ.-мат. наук Андрей Александров.

"Темой моей диссертации была реализация автоматизированной обработки данных ядерных эмульсий эксперимента EMU-15 по изучению сверхплотного состояния вещества при высоких энергиях - насколько нам известно, до сих пор остающегося единственным чисто российским экспериментом ЦЕРНа, - продолжает А. Александров. - Без создания в ФИАНе Полностью Автоматизированного Измерительного КОМплекса в обозримом будущем это было бы невозможно"

Руководителем группы ПАВИКОМ является доктор физико-математических наук Наталья Геннадьевна Полухина.

"Благодаря созданному А.Александровым программному комплексу обработка данных существенно ускорилась, - комментирует Н.Г.Полухина. - То, на что раньше уходили многие месяцы тяжёлого и изнурительного труда группы микроскопистов, теперь можно сделать за считанные минуты. Так, например, на обработку лишь одного события эксперимента EMU-15 раньше требовался год, в то время как теперь на ПАВИКОМе - лишь 10-20 минут. Скорость сканирования данных эксперимента EMU-15 достигла 2 см2 в час. С такой скоростью программа в режиме online находит, распознает и записывает характеристики примерно двух тысяч треков на одном эмульсионном слое. А в начале 2010 года в строй вводится третья очередь комплекса ПАВИКОМ с увеличением скорости обработки данных примерно на порядок" 

"Программное обеспечение комплекса имеет модульное строение. Каждый модуль отвечает за что-то конкретное - за видеокамеру, за определенный микроскоп, за обработку данных, за координацию блоков между собой, за общение с пользователем и т.п. Это очень удобно, так как дает возможность подстраивать его под определенные условия, например, под новое оборудование или под новую задачу. И для того, чтобы включить в программу обработки новый микроскоп нужно будет написать всего один модуль", - заканчивает Андрей Александров.

Стоит обратить внимание, что, помимо решения чисто научных задач, ядерная эмульсия используется и в целом ряде прикладных работ. Например, в медицине - для моделирования процесса облучения онкологических больных протонными пучками; в вулканологии - для предсказания возможности извержения вулкана, что уже делают японские физики на склоне Везувия. Также с помощью ядерной эмульсии - весьма недорого и простого в эксплуатации детектора, не требующего никакого энергетического обеспечения или технического обслуживания, - методом мюонной радиографии можно проводить неразрушающий контроль труднодоступных опор мостов и эстакад на наличие в них трещин или "просвечивать" доменные печи на наличие в них "проблемных" мест. Эти и другие задачи становятся полем применения методик, которые развивались в физике в течение нескольких десятков лет и сейчас приобрели особую значимость благодаря современным методам обработки информации.

По материалам АНИ "ФИАН-информ"