多丝漂移室探测器系统的研制和测试

发布时间：2019-11-08 09:14

【摘要】：高能核物理是当今核物理研究中的热点领域,研究内容包括核物质状态方程、核物质对称能研究、强相互作用物质的相结构等等。高能核物理的研究基于大型科学平台,主要是高能离子加速器和现代化的粒子谱仪探测器系统。现代高能粒子谱仪中很重要的一个子系统即高能带电粒子径迹探测器系统,该探测器系统可探测高能核反应产生的带电粒子出射径迹、重建粒子动量,从而实现粒子鉴别的目标。基于目前国内已有的大科学装置   兰州重离子加速器冷却存储环,拟在其外靶实验终端,建造一套现代化大型通用粒子谱仪,用于开展重离子碰撞中物理问题的研究。该系统中的前向粒子径迹探测器选用的是多丝漂移室探测器阵列,本文的主要工作即漂移室阵列系统的研制和测试。该系统包括探测器主体、飞行时间探测器(塑料闪烁体探测器)、前端电子学、Flash-ADC数据获取系统、信号波形处理程序、径迹查找重建程序及探测器刻度程序等等。漂移室探测器采用平面构型,主体由环氧板及高强度铝材构成,使用数控布丝机在环氧板上完成阳极丝和阴极丝的布丝工作。飞行时间探测器作为触发探测器,给出测试中的触发信号,同时测量入射粒子的飞行时间。飞行时间探测器由两块塑料闪烁体构成,每块闪烁体两端配置光导和光电管用于信号读出。漂移室前端电子学为分立元器件构成的电压灵敏前放,主要包括共基放大、射极跟随、极零相消和功率输出等部分。数据获取系统采用商用Flash-ADC波形数字化模块,可采集探测器输出的全波形,便于后续的信号处理和数据分析。针对探测器信号,开发了一套数字滤波算法,可提高信号的信噪比、改善探测器能量分别率。同时使用数字恒比定时方法,提取信号的时间信息。为了得到入射粒子的径迹,研究了径迹查找的算法,并开发了二维和三维情况下径迹拟合的解析算法。使用解析算法,大大提高了径迹拟合的效率,节省了计算时间。同时研究了探测器位移刻度算法,修正探测器安装的机械误差。漂移室系统研制完成后,使用北京高能所的E3测试束流进行了测试。经过测试,得到探测器系统的时间分辨为600 ps,空间分辨为368μm,能量分辨为22.5%。为进一步提高探测器性能,还需对整个探测器系统进行优化和改进。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O57

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本文编号：2557775