伽马-伽马对撞机读出电子学系统研究
发布时间：2021-03-20 17:07
国际上提出和开展各种类型的粒子对撞机实验,被用于研究各种基本粒子的特性,伽马-伽马对撞机是其中的一个研究热点。质心系能量在百GeV量级的高能伽马-伽马对撞机产生希格斯粒子的能量比正负电子对撞机所需的能量低,且反应截面更大,成为建造希格斯工厂一个备受关注的方案。在百MeV～几 GeV量级的伽马-伽马对撞机可以研究基本粒子（粲夸克和底夸克等）的新物理,在几MeV量级的伽马-伽马对撞机对γγ散射和双实光BW过程的研究具有重要意义。高能伽马-伽马对撞机对实验条件要求很高（例如高能量的电子束,高聚焦高功率率的激光束）,这些条件目前很难满足高能实验需求,但可以应用于低能伽马-伽马对撞机的研究。在此背景下,中国高能物理研究所利用国内现有成熟的技术提出建造世界上首台伽马-伽马对撞机（γγ对撞机）,初期目标是质心系能量1～2 MeV的伽马光子对撞,通过对撞实验深入研究伽马光子的特性。本课题的研究内容是为γγ对撞机提供合适的读出电子学系统,用于对撞产物的探测实验。根据γγ对撞机探测器（塑闪+CsI（Na）+SiPM）的输出信号特点和紧凑的真空探测环境,本论文确定电子学的读出需求:对撞机的事例率为50～10...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２大型强子对撞机ＬＨＣ??世界上唯＿?个环形电子－质子对撞机（Ｈａｄｒｏｎ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｒｉｎｇ?Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，??ＨＥＲＡ１３）是由德国电子同步加速器研宄中心ＤＥＳＹ建造的，在１９９２年到２００７??
?第一章引言???移，变成高能伽马光子。另外，由于电子束的能量（ＭｅＶ？ＧｅＶ）远远高于入射??激光束的能量（？ｅＶ），康普顿背散射产生的伽马光子束近似沿着电子束的运动方??向传输。两束高能伽马束流沿着相对的方向运动，在对撞点（ＩＰ，?Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?Ｐｏｉｎｔ）??发生相互作用，其对撞产物（Ｙ＋ｙ—ＹＹ，ｅ＋ｅ＿，ｃｃ，．．．Ｈｉｇｇｓ）可用于基础物理研究。??Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｊ／??图１．３伽马－伽马对撞机原理示意图??伽马＿伽马对撞机可以用于研究微观粒子的性质，伽马光子对撞是量子电动??力学（Ｑｒｏ）过程，可以进行对撞产物电荷量的单值测量，从而对粒子碰撞的研??究内容进行补充，以及对伽马光子结构的探索提供可能性［１８］。??为了获得高能伽马窄束流，对撞机需要实现高亮度的碰撞实验，即每束电子??都要与高功率激光脉冲相互作用。这一过程需要该激光束的脉冲宽度仅为几ｐｓ，??同时激光器需要产生高平均功率（几百ｗ￣几百ｋＷ），重复频率（每秒钟脉冲个??数）与加速器中电子束发射频率相匹配（几十Ｈｚ？几十ｋＨｚ）的光脉冲，从而实??现密集分布的激光脉冲束。作为世界高能物理领域ＨＥＰ?（Ｈｉｇｈ－Ｅｎｅｒｇｙ?Ｐｈｙｓｉｃｓ）??主导机构国际未来加速器委员会ＩＣＦＡ?（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ?ｆｏｒ?Ｆｕｔｕｒｅ??Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ），和作为世界激光研宄领域主导机构超强激光国际委员会ＩＣＵＩＬ??（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ?ｏｎ?Ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ?Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ?Ｌａｓｅｒｓ），在?２０１１?年形成?ＩＣＦＡ－??ＩＣＵＩＬ合作［１９］，促进了高功率
??小型伽马－伽马对撞机?ＳＡＰＰＨＩＲＥ?（Ｓｍａｌｌ?Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｆｏｒ?Ｐｈｏｔｏｎ－Ｐｈｏｔｏｎ?Ｈｉｇｇｓ??ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｕｓｉｎｇ?Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）方案参考了欧洲大型强子－电子对撞机??ＬＨｅＣ的设计，通过一对循环电子直线加速器和超导磁铁将电子束逐步加速至??８０ＧｅＶ?能量，再与高功率（６．３＞＜ｌ〇２ｌＷ／ｍ２）、高聚焦（ｌ．ｌｘｌ〇４Ｑｐｈ〇ｔｏｎｓ／ｍ２／ｓ）的??激光束相互作用产生两束６５?ＧｅＶ能量的光子束，如图１．４所示，两束伽马光束??发生对撞，其产物可用于希格斯粒子的深入研宂。??５００?ＭｃＶｒ?ｅ－?ｉｎｊｅｃｔｏｒ??ｔｕｎｅ－ｕｐ?ｄｕｍｐ??１１－ＧｅＶ?ｌｉｎａｃ?｜?ｅ＇??Ｔ?Ｉ、—??｜ｌ０，３０，５０，７０?ＧｅＶ?２．０?ｋｍ?｜｜??ｔｏｔａｌ?ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ?￣?９?ｋｍ?災?、＇?１??＾ｄｕｍｐｙ／?ｆｏｃｕｓ??１１－ＧｅＶ?ｌｉｎａｃ??ｔｕｎｅ－ｕｐ?ｄｕｍｐ??图１．４小型Ｙ－Ｙ对撞机ＳＡＰＰＨＩＲＥ［２３］??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大动态范围外延电阻淬灭型硅光电倍增器[J]. 刘红敏,龙金燕,代雷,张鑫淦,梁琨,杨茹,韩德俊. 光学精密工程. 2020(03)
[2]System design for precise digitization and readout of the CSNS-WNS BaF2 spectrometer[J]. 张德良,曹平,王奇,何兵,张雅希,齐心成,余滔,安琪. Chinese Physics C. 2017(02)
[3]双端输出塑料闪烁体探测器的符合关联测试[J]. 皮本松,魏志勇,王振,谭晓明,朱庆伟,余俊豪. 核技术. 2017(01)
[4]大型强子对撞机时代的宇宙线实验[J]. 刘加丽,曹臻. 物理. 2011(10)
[5]一种新型快塑料闪烁体的性能研究[J]. 郭存,徐荣昆,李正宏,夏广新,宁家敏,宋凤军. 物理学报. 2004(05)
[6]光子对撞机研究进展[J]. 傅恩生. 激光与光电子学进展. 2004(02)
博士论文
[1]PandaX-Ⅲ实验读出电子学系统研究[D]. 李诚.中国科学技术大学 2018
[2]基于开关电容阵列的高速波形数字化ASIC研究[D]. 秦家军.中国科学技术大学 2018
[3]基于ATCA的暗物质直接探测实验数据采集系统研究[D]. 李敏.中国科学技术大学 2018
[4]LHAASO-KM2A电磁粒子探测器的性能研究与优化[D]. 张忠泉.山东大学 2017
[5]PandaX-Ⅲ实验前端读出电子学方法研究[D]. 董家宁.中国科学技术大学 2017
[6]基于Phoswich的强β-γ混合场粒子甄别及能谱测量研究[D]. 陈立.清华大学 2016
[7]基于开关电容矩阵的波形数字化技术研究[D]. 王进红.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]复合双闪烁体粒子甄别技术研究[D]. 韩文秋.成都理工大学 2019
[2]LHAASO WCDA前端电子学数据传输及时钟接口的研究[D]. 吴旭.中国科学技术大学 2014
本文编号：3091352
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２大型强子对撞机ＬＨＣ??世界上唯＿?个环形电子－质子对撞机（Ｈａｄｒｏｎ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｒｉｎｇ?Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，??ＨＥＲＡ１３）是由德国电子同步加速器研宄中心ＤＥＳＹ建造的，在１９９２年到２００７??
?第一章引言???移，变成高能伽马光子。另外，由于电子束的能量（ＭｅＶ？ＧｅＶ）远远高于入射??激光束的能量（？ｅＶ），康普顿背散射产生的伽马光子束近似沿着电子束的运动方??向传输。两束高能伽马束流沿着相对的方向运动，在对撞点（ＩＰ，?Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?Ｐｏｉｎｔ）??发生相互作用，其对撞产物（Ｙ＋ｙ—ＹＹ，ｅ＋ｅ＿，ｃｃ，．．．Ｈｉｇｇｓ）可用于基础物理研究。??Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｊ／??图１．３伽马－伽马对撞机原理示意图??伽马＿伽马对撞机可以用于研究微观粒子的性质，伽马光子对撞是量子电动??力学（Ｑｒｏ）过程，可以进行对撞产物电荷量的单值测量，从而对粒子碰撞的研??究内容进行补充，以及对伽马光子结构的探索提供可能性［１８］。??为了获得高能伽马窄束流，对撞机需要实现高亮度的碰撞实验，即每束电子??都要与高功率激光脉冲相互作用。这一过程需要该激光束的脉冲宽度仅为几ｐｓ，??同时激光器需要产生高平均功率（几百ｗ￣几百ｋＷ），重复频率（每秒钟脉冲个??数）与加速器中电子束发射频率相匹配（几十Ｈｚ？几十ｋＨｚ）的光脉冲，从而实??现密集分布的激光脉冲束。作为世界高能物理领域ＨＥＰ?（Ｈｉｇｈ－Ｅｎｅｒｇｙ?Ｐｈｙｓｉｃｓ）??主导机构国际未来加速器委员会ＩＣＦＡ?（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ?ｆｏｒ?Ｆｕｔｕｒｅ??Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ），和作为世界激光研宄领域主导机构超强激光国际委员会ＩＣＵＩＬ??（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ?ｏｎ?Ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ?Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ?Ｌａｓｅｒｓ），在?２０１１?年形成?ＩＣＦＡ－??ＩＣＵＩＬ合作［１９］，促进了高功率
??小型伽马－伽马对撞机?ＳＡＰＰＨＩＲＥ?（Ｓｍａｌｌ?Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｆｏｒ?Ｐｈｏｔｏｎ－Ｐｈｏｔｏｎ?Ｈｉｇｇｓ??ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｕｓｉｎｇ?Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）方案参考了欧洲大型强子－电子对撞机??ＬＨｅＣ的设计，通过一对循环电子直线加速器和超导磁铁将电子束逐步加速至??８０ＧｅＶ?能量，再与高功率（６．３＞＜ｌ〇２ｌＷ／ｍ２）、高聚焦（ｌ．ｌｘｌ〇４Ｑｐｈ〇ｔｏｎｓ／ｍ２／ｓ）的??激光束相互作用产生两束６５?ＧｅＶ能量的光子束，如图１．４所示，两束伽马光束??发生对撞，其产物可用于希格斯粒子的深入研宂。??５００?ＭｃＶｒ?ｅ－?ｉｎｊｅｃｔｏｒ??ｔｕｎｅ－ｕｐ?ｄｕｍｐ??１１－ＧｅＶ?ｌｉｎａｃ?｜?ｅ＇??Ｔ?Ｉ、—??｜ｌ０，３０，５０，７０?ＧｅＶ?２．０?ｋｍ?｜｜??ｔｏｔａｌ?ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ?￣?９?ｋｍ?災?、＇?１??＾ｄｕｍｐｙ／?ｆｏｃｕｓ??１１－ＧｅＶ?ｌｉｎａｃ??ｔｕｎｅ－ｕｐ?ｄｕｍｐ??图１．４小型Ｙ－Ｙ对撞机ＳＡＰＰＨＩＲＥ［２３］??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大动态范围外延电阻淬灭型硅光电倍增器[J]. 刘红敏,龙金燕,代雷,张鑫淦,梁琨,杨茹,韩德俊. 光学精密工程. 2020(03)
[2]System design for precise digitization and readout of the CSNS-WNS BaF2 spectrometer[J]. 张德良,曹平,王奇,何兵,张雅希,齐心成,余滔,安琪. Chinese Physics C. 2017(02)
[3]双端输出塑料闪烁体探测器的符合关联测试[J]. 皮本松,魏志勇,王振,谭晓明,朱庆伟,余俊豪. 核技术. 2017(01)
[4]大型强子对撞机时代的宇宙线实验[J]. 刘加丽,曹臻. 物理. 2011(10)
[5]一种新型快塑料闪烁体的性能研究[J]. 郭存,徐荣昆,李正宏,夏广新,宁家敏,宋凤军. 物理学报. 2004(05)
[6]光子对撞机研究进展[J]. 傅恩生. 激光与光电子学进展. 2004(02)
博士论文
[1]PandaX-Ⅲ实验读出电子学系统研究[D]. 李诚.中国科学技术大学 2018
[2]基于开关电容阵列的高速波形数字化ASIC研究[D]. 秦家军.中国科学技术大学 2018
[3]基于ATCA的暗物质直接探测实验数据采集系统研究[D]. 李敏.中国科学技术大学 2018
[4]LHAASO-KM2A电磁粒子探测器的性能研究与优化[D]. 张忠泉.山东大学 2017
[5]PandaX-Ⅲ实验前端读出电子学方法研究[D]. 董家宁.中国科学技术大学 2017
[6]基于Phoswich的强β-γ混合场粒子甄别及能谱测量研究[D]. 陈立.清华大学 2016
[7]基于开关电容矩阵的波形数字化技术研究[D]. 王进红.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]复合双闪烁体粒子甄别技术研究[D]. 韩文秋.成都理工大学 2019
[2]LHAASO WCDA前端电子学数据传输及时钟接口的研究[D]. 吴旭.中国科学技术大学 2014
本文编号：3091352
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