北京谱仪端盖飞行时间探测器系统升级的模拟研究

论文摘要

北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）是工作在τ-粲能区的高亮度多束团正负电子对撞装置[1],北京谱仪（BESⅢ）是坐落在其束流对撞点位置的大型磁谱仪[2]。BESⅢ实验在诸如τ轻子、粲偶素、D介子及轻强子谱测量等物理研究课题方面具有十分重要的意义,这些研究对于检验标准模型和寻找新物理起着重要作用[2,3]。飞行时间探测器系统（TOF）是北京谱仪关键子探测器之一,它包含桶部和端盖两个部分,其主要作用是通过测量带电粒子的飞行时间来进行粒子鉴别[4],粒子鉴别能力取决于TOF时间分辨的精度。粒子鉴别能力对于北京谱仪多种物理研究课题非常重要。BESⅢ离线数据刻度显示,基于塑料闪烁体技术的端盖飞行时间探测器系统（ETOF）的时间分辨明显差于基于同样技术的桶部飞行时间探测器系统（BTOF）[5],北京谱仪的新物理课题研究需要对ETOF进行升级改造以提高其时间分辨,改善粒子鉴别能力。模拟研究可以为解决BESⅢ-ETOF升级改造工作中一些重要问题提供帮助。这些问题包括:ETOF工作性能可能会受到的不利影响是什么,改造升级工作适合采用哪种类型的定时探测器,改造升级后的新ETOF可以在多大程度上削弱减少乃至避免现有的不利影响,改造升级后的新ETOF预期工作性能可以达到什么水平,能否满足BESⅢ后续物理研究课题对粒子鉴别的要求等等。本论文针对上述问题完成了以下研究工作:（一）搭建了一个含有ETOF及BESⅢ装置中其他相关子系统的探测器模型,开展了基于GEANT4的模拟工作,通过对模拟结果的分析发现了影响塑料闪烁体型ETOF工作性能的不利因素:原初粒子穿过ETOF内侧各子探测器时经由与探测器物质相互作用产生大量次级粒子,这些次级粒子在ETOF的击中位置和时间分布与原初粒子有显著差异,使得ETOF的读出单元上不仅有较大概率出现多重击中情况,而且输出信号波形也会明显改变,从而显著地恶化了ETOF的工作性能。（二）通过将（一）中模拟工作中ETOF采用的塑料闪烁体技术替换为多气隙阻性板室（MRPC）技术,发现ETOF升级后可以利用MRPC型ETOF的小单元结构读出结构和对光子不灵敏的特点,明显减少次级粒子和原初粒子击中同一读出单元的概率,从而显著削弱（一）中各不利因素对于ETOF工作性能的影响,预计改造升级后的MRPC型（三）ETOF时间分辨性能相比塑料闪烁体型ETOF情形可以得到大幅改善,从而满足BESIII物理研究对粒子鉴别能力的要求。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张辉

导师: 邵明

关键词: 北京谱仪,端盖飞行时间探测器,多气隙阻性板室,多重击中,时间分辨率

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中国科学技术大学

分类号: O572.212

总页数: 66

文件大小: 7156K

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