Method for determining the kinetic energy dispersion of a hadron beam

• Main Authors: KULESSA, PAWEŁ, PAROL, WIKTOR, KOZELA, ADAM
• Format: Patent
• Language: English; Polish
• Published: 02.09.2024
• Subjects: ELECTROTHERAPY; HUMAN NECESSITIES; HYGIENE; MAGNETOTHERAPY; MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION; MEASURING; MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; PHYSICS; RADIATION THERAPY; TESTING; ULTRASOUND THERAPY

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wyznaczania rozmycia energii kinetycznej wiązki hadronowej, wykorzystujący elementy metody czasu przelotu cząstki, polegający na tym, że zapisuje się jednocześnie wszystkie amplitudy zmierzonych sygnałów SA(k) oraz SB(k) z dwóch detektorów (A) i (B) oddalonych od siebie o dokładnie określoną odległość L i połączonych z jednostką obliczeniową, umożliwiającą analizę obrazów zarejestrowanych przez oba detektory, umieszczone na linii badanej wiązki hadronowej, przez okres odpowiadający minimum 100-krotnej teoretycznej wartości czasu przelotu cząstki wiązki hadronowej pomiędzy detektorami (A) i (B), z rozdzielczością czasową co najmniej na poziomie 0,5 ns. Eliminuje się te sygnały, których wartość amplitudy jest mniejsza od określonego poziomu szumu oraz te, których kształt odbiega od wyznaczonego wzorca. Przeprowadza się analizę statystycznej korelacji przebiegów sygnałów SA(k) oraz SB(k) poprzez przesuwanie zapisanego przebiegu sygnału zarejestrowanego z detektora (B) z krokiem podstawy jego zapisu k, w stosunku do ustalonego przebiegu sygnału z detektora (A), aż do maksymalnego pokrywania się przebiegów sygnałów SA(k) oraz SB(k). Określa się krotność kroków k oznaczoną τD, o którą przesuwa się sygnał SB(k) względem sygnału SA(k), aby osiągnęła minimum funkcja wyrażona wzorem A. Określa się położenie globalnego minimum funkcji R(τD) o wartości τDmin. Identyfikuje się, pary impulsów występujących, w sygnałach SA i SB o minimalnej odległości czasowej od siebie. Impulsy, dla których nie znaleziono pary usuwa z sygnałów SA lub SB. Wyznacza się indywidualną odległość czasową dla każdej pary impulsów oraz sporządza się wykres jej rozkładu i dopasowuje się funkcję Gaussa. Średnia z rozkładu odpowiada średniemu czasowi przelotu protonów, w oparciu o który wyznacza średnią energię kinetyczną wiązki. Odczytuje się, z rozkładu Gaussa odchylenie standardowe rozkładu, stanowiące jego dyspersję, określając tym samym rozmycie wiązki. The subject of the invention is a technique for determining the smearing of the kinetic energy of a hadron beam, using elements of the particle time of flight method, characterised in that all amplitudes for the measured signals SA(k) and SB(k) are recorded simultaneously from two detectors (A) and (B) located at a precisely defined distance L from each other and connected to the processing unit enabling the analysis of images recorded by both detectors, placed along the line of the studied hadron beam, over a period of time corresponding at least to 100 times the theoretical value for the time of flight of a hadron beam particle between the detectors (A) and (B), with time resolution at least on the level of 0.5 ns. Signals, for which the amplitude value is lower than the defined noise level and signals, the profile of which deviates from the determined reference profile, are eliminated. An analysis of the statistical correlation of signal profiles is carried out for SA(k) and SB(k) signals by shifting the recorded profile for the signal recorded by detector (B) with its recording basis step k, compared to the determined signal profile from the detector (A) until the maximum overlap of signal profiles is achieved for the signals SA(k) and SB(k). The multiple of steps k designated as TD is defined and used to shift the SB(k) signal compared to the SA(k) signal, such that the function expressed with the following equation reaches its minimum: (I) The position of the global minimum of the R(tD) function is determined with the value of tDmin. Pairs of pulses present in the, SA and SB signals with the minimum time distance from each other are identified. Pulses, for which no pair has been found, are removed from the SA or SB signals. The individual time distance is determined for each pulse pair and its distribution graph is generated, followed by a Gaussian curve fitting. The average from the distribution corresponds to the average time of flight of the protons, on the basis of which the average kinetic energy of the beam is determined. The standard deviation of the distribution comprising its dispersion and thus defining beam smearing is read from the Gaussian distribution.