用于外靶实验终端起始时间探测器的研制

用于外靶实验终端起始时间探测器的研制

论文摘要

作为外靶实验终端飞行时间分辨的关键探测器,起始时间探测器的性能将直接影响粒子鉴别结果,对外靶实验终端非稳定核物理目标的研究具有重要作用。原有的起始时间探测器采用塑料闪烁体和光电倍增管作为探测介质及读出器件,结合外靶实验终端目前及将来的运行情况,需要对起始时间探测器做出改进。本论文提出一种新型的改进方案,并对新型的起始时间探测器原理样机进行研制和性能测试。论文首先对起始时间探测器的光电读出组件——硅光电倍增管(SiPM)进行性能测试,包括SiPM的I-V曲线、线性、单光子分辨、增益的测试,确定了SiPM的性能参数,并最终选用SensL MicroFC-30035作为起始时间探测器的光电读出器件。其次对探测介质——塑料闪烁光纤进行性能测试,选用光纤Kuraray SCSF-78J,得到其芯层衰减长度为547.5cm,包层为15.5cm,光产额约为552光子/mm;光纤中光的传播速率约为17cm/ns,光纤时间分辨好于600ps,对应的位置分辨好于7.2cm。然后对新型起始时间探测器进行了物理设计及研制,确认了原理样机读出电子学的方案,完成了起始时间探测器原理样机的搭建。最后对原理样机进行在束实验测试,在束测试结果表明,通过对其多重性、时幅修正的优化,探测器的时间分辨为(150±15)ps,对应的位置分辨为(1.8±0.2)cm,具有良好的时间性能,且能够较为清晰地重构束斑结构,结合靶前其他探测器提供的信息实现了很好的粒子鉴别。作为外靶实验终端起始时间探测器的改进方案,该原理样机可以作为参考。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 重离子核物理及发展
  •   1.2 HIRFL-CSR及外靶实验终端
  •     1.2.1 TOF墙和中子墙
  •     1.2.2 多丝漂移室
  •     1.2.3 大接收度二极磁铁
  •     1.2.4 靶区γ探测器
  •     1.2.5 起始时间探测器
  •   1.3 光电探测器原理及性能分析
  •     1.3.1 光电倍增管
  •     1.3.2 多通道电子倍增器
  •     1.3.3 雪崩光电二极管
  •     1.3.4 硅光电倍增管
  •   1.4 塑料闪烁光纤探测器的研究现状
  •   1.5 本文的研究内容及结构
  • 第二章 元器件性能测试
  •   2.1 SiPM性能测试
  •     2.1.1 I-V曲线测试
  •     2.1.2 单光子分辨
  •     2.1.3 线性动态范围
  •   2.2 塑料闪烁光纤性能测试
  •     2.2.1 塑料闪烁光纤衰减长度测试
  •     2.2.2 光产额
  •     2.2.3 光纤中光的传播速度
  •     2.2.4 光纤的时间分辨和位置分辨
  •   2.3 小结
  • 第三章 起始时间探测器的研制
  •   3.1 起始时间探测器的物理设计
  •   3.2 起始时间探测器的研制与测试
  •     3.2.1 塑料闪烁光纤的组装
  •     3.2.2 塑料闪烁光纤的固定
  •     3.2.3 塑料闪烁光纤与SiPM的耦合
  •     3.2.4 起始时间探测器的总装与检测
  •   3.3 小结
  • 第四章 起始时间探测器在束性能测试
  •   4.1 在束测试电子学方案
  •   4.2 在束测试结果
  •     4.2.1 起始时间探测器时间性能测试
  •     4.2.2 束斑重构测试
  •     4.2.3 靶前粒子鉴别
  •   4.3 小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 主要结论
  •   5.2 研究展望
  • 参考文献
  • 硕士在学期间的研究成果
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 程泽辉

    导师: 李公平

    关键词: 起始时间探测器,硅光电倍增管,塑料闪烁光纤,时间分辨,位置分辨

    来源: 兰州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 物理学,核科学技术

    单位: 兰州大学

    分类号: O571.6

    总页数: 66

    文件大小: 4889K

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