BPECII试验束E3线π介子靶及磁谱议系统的设计

摘要

试验束位于BEPCⅡ(北京正负电子对撞机)-LINAC(电子直线加速器)末端,由E1、E2和E3三条束流线组成,其中E1初级束专供强流慢正电子装置使用,E2束为高能混合粒子束用于辐照实验,E3束通过磁谱仪和探测器筛选为探测器束流实验提供e,π介子和p次级单粒子束。随着BEPCⅡ的改造完成,E3束中多粒子事例将会增多。为了增强双粒子事例的鉴别能力,进一步提高单粒子的动量分辨率,试验束E3线的磁谱议系统需要重新做出设计。我们将用闪烁光纤探测器和基于GEM读出的TPC来代替原有的多丝正比室,此外相关的探测器设备的位置也做出了调整。本文简要介绍磁谱议系统的设计,E3束流线上的系统与探测器,详细介绍了它们的工作原理和性能参数。此外,本文还给出基于3个探测器所提供的位置信息重建粒子在磁谱议中的径迹与动量的方法,从而从理论上给出磁谱议的动量分辨率。为了增加E3线的π介子的单粒子事例,基于光生π介子理论,利用Geant4模拟设计了一个π介子复合靶。同时为了检测磁谱议的单粒子的探测效率,动量分辨率,以及双粒子的鉴别能力,利用Geant4模拟测试了磁谱议的单粒子的动量分辨率,测试结果显示:单粒子的动量分辨率小于0.5％,双粒子分辨率好于3 mm,这些结果表明磁谱议达到既定的设计要求。因此,新设计的磁谱议系统能准确给出单粒子的动量,并能区分双粒子,最终为被测探测器提供已知粒子动量、类型及其入射位置和角度的粒子事例。

目录

摘要

Abstract

第一章 引言

第二章 BEPC-LINAC上的试验束简介

2.1 北京正负电子对撞机

2.2 试验束

2.3 E1束流线

2.4 E2束流线

2.5 E3试验束流线

2.6 屏蔽结构

2.7 磁铁与电源

2.8 真空系统与支架

第三章 π介子靶的设计

3.1 电子束打靶产生π介子的基本原理

3.2 内嵌式复合π介子产生靶的设计

3.2.1 内嵌式复合靶

3.2.2 复合靶材料的确定

3.3 靶参数的Geant4模拟优化

3.4 π介子角分布

第四章 磁谱议系统的设计

4.1 E3线磁谱议的设计和参数

4.1.1 E3次级粒子束的引入

4.1.2 磁谱议的结构

4.1.3 磁谱议系统的硬件设备及功能

4.1.4 磁谱议系统硬件结构的性能与相关参数

4.2 E3线上主要的探测器及性能

4.2.1 闪烁光纤探测器

4.2.2 基于GEM读出的TPC(GT)

4.2.3 闪烁计数器

4.2.4 契仑科夫计数器

4.2.5 E3粒子的鉴别

第五章 磁谱议的径迹重建和性能模拟测试

5.1 E3线的动量重建

5.1.1 径迹的确定

5.1.2 动量重建

5.1.3 粒子在Y方向的偏差对重建动量的影响

5.1.4 双粒子事例重建

5.2 磁谱议的性能模拟测试

5.2.1 模拟方法

5.2.2 E3磁谱议对单粒子的选择效率

5.3 E3线单粒子的重建动量与分辨率

5.4 重建动量方法的验证

5.4.1 飞行时间差法

5.4.2 重建动量的验证

结论

附录A Geant4程序的简介

附录B Geant4程序的的控制流程及各个模块详解

B.1 Geant4程序控制流程

B.2 Geant4模块

B.2.1 几何体

B.2.2 材料定义

B.2.3 物理过程

B.2.4 记数

B.2.5 可视化

参考文献

致谢

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