BEPCⅡ-LINAC试验束次级粒子分析及E3线性能研究

摘要

依托BEPCII（北京正负电子对撞机）-LINAC（电子直线加速器）建成的国内唯一高能试验束(Test Beam)装置有E1、E2和E3三条束流组成，分别实现不同功能。其中E1初级束专供慢正电子装置使用，E2束为高能混合粒子束用于辐照实验，E3束利用磁谱仪和探测器为探测器束流实验提供e，π介子和p等次级单粒子束流。因此打靶产生的E2束流高混型粒子试验束，形成了混合场，为半导体单粒子效应相关研究提供了理想的场所，除此，还能为E3束流线提供可变动量带电单能粒子束。这就急需对该混合型粒子束进行模拟研究，了解次级粒子的能谱分布及角分布，特别是对高能质子的能谱测量至关重要。随着E3试验束的改造完成，对E3线的性能测试及研究也是本文的重要内容。
　　 本文围绕次级束流能谱、角分布及质子能谱的测试展开，利用蒙特卡罗模拟软件GEANT4对1.89 GeV脉冲电子轰击铍靶产生的次级粒子进行蒙特卡罗模拟，得到次级粒子的能谱和角度分布谱。Geant4模拟显示混合粒子中质子能量大于35 MeV的通量较大，且质子产额达到3.97×108 s-1，同时质子对器件的注量率Φp可达6.32×105 s-1·cm-2。用试验束41°磁谱仪和E3线上的探测系统测量得到的质子能谱验证了次级粒子注量率和产额的模拟结果。模拟和实验结果都显示BEPCII-LINAC试验束次级束中的质子满足半导体器件单粒子效应实验要求。于此同时介绍了BEPCII试验束上E3的磁谱仪及探测器系统，并模拟与在线测试了E3线磁谱仪及探测器系统的性能。结果表明:单粒子动量分辨率好于0.5％，双粒子位置分辨率好于5mm，动量为600MeV/c的单粒子的探测效率为62％左右，电子能损为7.3MeV，质子能损为24.2MeV，π介子能损为5.2MeV。这些性能指标都高于改造的预定目标。且为用户提供了有效的试验束装置的性能参数。本文包括以下几个部分：BEPCII-LINAC上试验束(TBF)装置的介绍，Monte Carlo系统模拟方法及GEANT4模拟软件与ROOT分析软件，试验束次级粒子的模拟分析及质子能谱测量，试验束上E3束流线改造设计，E3试验束的性能测量研究。

目录

声明

摘要

第一章 引言

第二章 BEPCⅡ-LINAC上试验束(TBF)装置的介绍

2．1 高能物理研究所介绍

2．2 北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)简介

2．2．1 电子直线加速器

2．2．2 束流输运线和储存环

2．3 试验束装置(TBF)

2．3．1 E1束流线(E1 Line)

2．3．2 E2束流线(E2 Line)

2．3．3 E3束流线(E3 Line)

第三章 Monte Carlo系统模拟方法及GEANT4模拟软件与ROOT分析软件

3．1 Monte Carlo系统模拟方法

3．1．1 蒙特卡洛系统模拟方法的特征

3．2 探测器模拟框架及GEANT4模拟软件与工具包

3．2．1 高能粒子探测器模拟流程

3．3 海量数据处理软件ROOT

第四章 试验束次级粒子的模拟分析及质子能谱测量

4．1 BEPCⅡ-LINAC试验束第二靶室电子束与铍靶相互作用的物理建模

4．2 Geant4模拟结果

4．2．1 次级束能谱模拟与分析

4．2．2 次级混合粒子束的角度分布

3．3 在41度角度上质子能谱及产额、注量率实验验证

4．4 小结

第五章 试验束上磁谱仪系统改造设计

5．1 E3线磁谱仪的结构和参数

5．1．1 E3线磁谱仪系统次级粒子的引入及结构

5．1．2 磁谱仪系统的硬件设备与运行参数

5．2 E3探测器系统及性能

5．2．1 闪烁光纤探测器

5．2．2 硅微条探测器

5．2．3 闪烁计数器

5．2．4 二氧化碳阈式契伦科夫计数器

5．2．5 多丝正比室

5．3 E3线在线数据获取系统

5．4 小结

第六章 E3试验束的性能测量研究

6．1 磁谱仪动量及其分辨

6．2 E3磁谱仪对单粒子的选择效率及能损

6．2．1 E3相关探测器的选择效率

6．2．2 E3相关探测器对单粒子的能损

6．3 单粒子判选及位置分辨测试

6．3．1 次级粒子多重数

6．3．2 单粒子的判选

6．3．3 束流中粒子位置的定位精确度

6．3．4 中心动量附近的事例在线选择

6．3．5 束流本底

6．4 小结

参考文献

附录

致谢

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