Автоматическая обработка данных трековых детекторов

В России создана полностью автоматизированная установка обработки данных трековых детекторов.

Ядерная эмульсия с успехом используется в физических экспериментах в качестве трекового детектора элементарных частиц, а сейчас начинается внедрение освоенных фундаментальной физикой эмульсионных методик в прикладных сферах. Что во многом связано с появлением автоматизированных комплексов, способных с высокой скоростью обрабатывать полученную информацию. Между тем в России пока есть только одна установка автоматизированной обработки данных трековых детекторов: она находится в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН).

Эксперименты с применением ядерной эмульсии (ЯЭ) в каком-то смысле можно сравнить с палеонтологическими исследованиями, когда по частям скелета доисторических животных восстанавливается их облик. С той лишь разницей, что ЯЭ позволяет расшифровать загадки совсем других масштабов. Физики считают, что этот детектор является идеальным материалом для прорисовки дополнительных черточек к существующей картине мира, поскольку объемен (элементарные частицы проходят сквозь ЯЭ в любых направлениях). При прохождении через ЯЭ 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, анализ которых позволяет восстановить все события, происходившие в толще ЯЭ.

«Раньше все делалось вручную, — рассказывает кандидат физ.-мат. наук Андрей Александров, один из авторов фиановского ПО для автоматизированной обработки данных трековых детекторов. — Оператор (микроскопист) оптического микроскопа с увеличением до 90x находил (глазами!) начало и конец трека и записывал данные с измерительных линеек. Но только в одном слое ЯЭ в одном ядро-ядерном взаимодействии, где может появиться несколько тысяч вторичных частиц, таких точек — десятки тысяч, поэтому анализ событий растягивался на месяцы и даже годы. А автоматизированные комплексы делают это почти мгновенно».

Темой диссертации г-на Александрова была реализация автоматизированной обработки данных ЯЭ эксперимента EMU-15 по изучению сверхплотного состояния вещества при высоких энергиях. До сих пор это единственный чисто российский эксперимент ЦЕРНа. «Без появления в ФИАНе полностью автоматизированного измерительного комплекса (ПАВИКОМ) в обозримом будущем это было бы невозможно», — считает А. Александров.

Руководит группой ПАВИКОМ доктор физико-математических наук Н. Г. Полухина, по словам которой раньше на обработку лишь одного события эксперимента EMU-15 требовался год, а теперь ПАВИКОМ справляется с задачей за 10–20 минут. Скорость сканирования данных эксперимента EMU-15 достигла 2 см²/ч. Программа, созданная Андреем Александровым, в онлайн-режиме находит, распознает и записывает характеристики около двух тысяч треков на одном эмульсионном слое. «В начале этого года мы запустим третью очередь комплекса с увеличением скорости обработки данных примерно на порядок», — говорит Наталья Геннадьевна.

Программное обеспечение ПАВИКОМ имеет модульное строение. Каждый модуль отвечает за что-то конкретное — за видеокамеру, за определенный микроскоп, обработку данных, координацию блоков между собой, общение с пользователем и т. п. Теперь для того, чтобы включить в программу обработки новый микроскоп, нужно написать всего один блок.

Заметим, что, помимо решения чисто научных задач, ЯЭ используется в целом ряде прикладных работ. Например, в медицине — для моделирования процесса облучения онкологических больных протонными пучками; в вулканологии — для предсказания возможности извержения вулкана (этим на склоне Везувия уже занимаются японские физики). С помощью ЯЭ методом мюонной радиографии можно проводить неразрушающий контроль труднодоступных опор мостов и эстакад или «просвечивать» доменные печи...