Оқиғаны тіркеуге келмейтін уақыт кезеңі

Кіріспе

Оқиғадан кейін детектор басқа оқиғаны тіркемейтін уақыт. Бөлшектер және ядролық детекторлар сияқты дискретті оқиғаларды тіркеуге арналған жүйелерде, "өлі уақыт" – жүйе келесі оқиғаны тіркеуге қабілетсіз болатын әрбір оқиғадан кейінгі уақыт. Мысалы, фотоаппараттағы жарқылды пайдаланғанда, келесі суретке бірден түсіруге болмайды, себебі жарқылдың қайта заряддалуына бірнеше секунд керек. Өлі уақыт анықтау тиімділігін төмендетуден басқа, кванттық криптографияда қауіпті жағдайлар тудыру сияқты басқа да салдарларға әкелуі мүмкін.

Шолу

Анықтау жүйесінің жалпы өлі уақыты көбінесе детектордың ішкі өлі уақытының (мысалы, газды иондау детекторындағы иондық дрейф уақыты), аналогтық алдыңғы бөлігінің (мысалы, спектроскопиялық күшейткіштің пішіндеу уақыты) және деректерді алудың (аналогты-цифрлық түрлендіргіштердің түрлендіру уақыты, оқу және сақтау уақыты) үлесінен туындайды. Детектордың ішкі өлі уақыты көбінесе оның физикалық ерекшеліктерімен байланысты; мысалы, ұшқындық камера (spark chamber) пластиналар арасындағы потенциал жеткілікті деңгейге дейін қалпына келгенше "өлі" күйде болады. Басқа жағдайларда детектор алғашқы оқиғадан кейін де "тірі" болып қалады және келесі оқиға үшін сигнал жасайды, бірақ сигнал детектордың оқу жүйесіне оларды ажыратуға мүмкіндік бермейді, нәтижесінде оқиға жоғалады немесе "жинақталу" (pile up) оқиғасы пайда болады, мысалы, екі оқиғадан алынған энергияның (ішінара болуы мүмкін) қосындысы тіркеледі. Кейбір жағдайларда бұл тиісті конструкция арқылы азайтылуы мүмкін, бірақ көбінесе энергия ажыратымдылығы сияқты басқа қасиеттердің есебінен. Аналогтық электроника да өлі уақытты тудыруы мүмкін; әсіресе, пішіндеу спектроскопиялық күшейткіші ең жақсы ажыратымдылыққа қол жеткізу үшін жылдам өсуге және баяу төмендеуге ие сигналды мүмкіндігінше ұзақ уақыт бойы (әдетте 0,5-тен 10 микросекундқа дейін) интегралдауы керек, сондықтан пайдаланушы оқиға жылдамдығы мен ажыратымдылық арасындағы компромисті таңдауға тиіс. Триггерлік логика да өлі уақыттың тағы бір мүмкін көзі болып табылады; сигнал өңдеудің қалыпты уақытынан өзге, шудан туындаған жалған триггерлерді де ескеру қажет. Соңында, оқиғаны цифрлау, оқу және сақтау, әсіресе қазіргі заманғы жоғары энергиялық физика эксперименттерінде қолданылатын көптеген арналары бар детекторлық жүйелерде, жалпы өлі уақытқа үлес қосады. Бұл мәселені шешу үшін орта және ірі эксперименттер оқу жылдамдығын азайту үшін күрделі конвейерлік өңдеу және көп деңгейлі триггерлік логиканы пайдаланады. Анықтау жүйесінің жұмыс істеген уақытынан өлі уақытты алып тастағаннан кейін ғана белсенді уақытты алуға болады.

The total dead time of a detection system is usually due to the contributions of the intrinsic dead time of the detector (for example the ion drift time in a gaseous ionization detector), of the analog front end (for example the shaping time of a spectroscopy amplifier) and of the data acquisition (the conversion time of the analog to digital converters and the readout and storage times). The intrinsic dead time of a detector is often due to its physical characteristics; for example a spark chamber is "dead" until the potential between the plates recovers above a high enough value. In other cases the detector, after a first event, is still "live" and does produce a signal for the successive event, but the signal is such that the detector readout is unable to discriminate and separate them, resulting in an event loss or in a so called "pile up" event where, for example, a (possibly partial) sum of the deposited energies from the two events is recorded instead. In some cases this can be minimised by an appropriate design, but often only at the expense of other properties like energy resolution. The analog electronics can also introduce dead time; in particular a shaping spectroscopy amplifier needs to integrate a fast rise, slow fall signal over the longest possible time (usually from .5 up to 10 microseconds) to attain the best possible resolution, such that the user needs to choose a compromise between event rate and resolution. Trigger logic is another possible source of dead time; beyond the proper time of the signal processing, spurious triggers caused by noise need to be taken into account. Finally, digitisation, readout and storage of the event, especially in detection systems with large number of channels like those used in modern High Energy Physics experiments, also contribute to the total dead time. To alleviate the issue, medium and large experiments use sophisticated pipelining and multi level trigger logic to reduce the readout rates. From the total time a detection system is running, the dead time must be subtracted to obtain the live time.

Парализдеу және парализдеусіз мінез-құлық

Детектор немесе детекторлық жүйе парализделетін немесе парализделмейтін қасиеттерімен сипатталуы мүмкін. Егер өлі уақыт белгісіз болса, статистикалық талдау дұрыс санауды қамтамасыз етеді. Мысалы, (Meeks 2008) егер өлшеулер арасындағы интервалдар жиынтығы болса, онда экспоненциалдық таралым ығысады, бірақ егер әрбір интервалдан D тұрақты мәні алынып тасталса, ал теріс мәндер ескерілмесе, таралым D өлі уақыттан үлкен болған жағдайда экспоненциалдық болады. Экспоненциалдық таралым үшін келесі байланыс орындалады:

мұнда n – кез келген бүтін сан. Егер жоғарыда көрсетілген функция D-нің әртүрлі мәндері алынып тасталған (және n-нің әртүрлі мәндері үшін) көптеген өлшенген интервалдар бойынша есептелсе, онда D-нің белгілі бір шектен жоғары мәндері үшін жоғарыдағы теңдеу шамамен дұрыс екені және осы түзетілген интервалдардан алынған санау жылдамдығы нақты санау жылдамдығына тең болады.

Санауға арналған уақыт

Қазіргі заманғы микропроцессорлық ратометрлерде детекторлармен (мысалы, Гейгер-Мюллер түтіктері) өріс күшін өлшеудің бір тәсілі – қалпына келтіру уақыты бар санау уақыты әдісі. Бұл тәсілде детектор бір мезгілде іске қосылады және таймер басталады. Оқиға тіркелген кезде таймер тоқтатылады. Егер бұл белгілі бір уақыт ішінде (мысалы, екі секундта) көп рет қайталанса, соққылар арасындағы орташа уақытты, демек санау жылдамдығын анықтауға болады. Осылайша, жұмыс істейтін уақыт, өлі уақыт және жалпы уақыт бағаланбай, нақты өлшенеді. Бұл әдіс ядролық электр станцияларында қолданылатын радиациялық мониторинг жүйелерінде кеңінен қолданылады.