CSR外靶实验T0探测器的研究

摘要

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的建成，形成了以重离子物理为核心的学科群。CSR外靶建成产生束流以后，紧接着建立的首期CSR外靶实验系统，主要进行重离子碰撞动力学以及放射性束流的研究。外靶实验装置包含γ探测器、大接受度二极磁铁、带电径迹探测器、飞行时间谱仪、起始时间探测器和中子探测器，其中起始时间探测器又称为T0探测器。首期的CSR外靶实验装置中的T0探测器采用塑料闪烁体配合光电倍增管(PMT)技术，为了提高T0探测器的接受度，需要将靶点置于磁场附近，而PMT受磁场影响，因此必须采用新的技术原理重新设计T0探测器，本文研究采用MRPC技术建造T0探测器的关键问题，以期为实际设计提供参考。研究工作主要包括两个方面:
　　1、研究了MRPC的能量沉积问题。采用pi+与proton入射，选择0°到50°的入射角、100MeV到900MeV的入射动能，对粒子穿过单块MRPC的能量沉积问题进行研究。仿真结果发现粒子的能量沉积在36MeV到4MeV的范围内，且入射粒子的能量越高，能量损失越小。在CSR外靶主要使用的能量范围500MeV到900MeV内，proton能损比值最大为2.2％，pi+能损比值最大为1.4％，对后续的探测器不会产生太大影响。
　　2、仿真了单层、圆筒和双层三种不同结构的T0探测器时间分辨率。根据与CSR外靶实验入射粒子能量分布类似的粒子动量分布图，拟合了产生该动量分布粒子的数学描述，取随机数作为Geant4发射的pi+粒子动能，根据Geant4给出的时间进行计算，得出了单层、圆筒和双层三种结构T0探测器的时间分辨率分别为2.37±0.08ps、2.43±0.09ps、0.306±0.005ps。可见单层和圆筒结构的时间分辨率相差无几，双层结构比单层与圆筒结构的时间分辨率好一个数量级，显然采用双层结构更能提高T0精度。
　　论文介绍了用于T0探测器的各种技术，分析了MRPC作为T0探测器的优势，并对MRPC的结构及物质材料进行阐述，在此基础上仿真了粒子穿过MRPC的能量沉积情况，并对MRPC构成不同结构的T0探测器的时间分辨率进行仿真，得出了采用双层结构的T0探测器具有很好时间分辨率的结论。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 兰州重离子加速器上的冷却储存环

1．2 CSR外靶实验系统

1．3 论文的主要内容及结构

第二章 T0探测技术

2．1 多气隙电阻板室

2．2 塑料闪烁体配合光电倍增技术

2．2．1 塑料闪烁体

2．2．2 光电倍增管

2．3 硅微条探测器

2．4 像素探测器

2．5 CSR外靶实验T0探测器

2．6 本章小结

第三章 MRPC的能量沉积

3．2 Geant4简介

3．3 数据分析软件root介绍

3．4 粒子穿过MRPC的能量沉积

3．4．1 gdml结构设置

3．4．2 Geant4仿真设置

3．4．3 数据获取

3．5 结果分析

3．6 本章小结

第四章 T0探测器的时间分辨率

4．1 入射粒子的能量分布

4．2 MRPC的读出方式

4．2．1 单端读出

4．2．2 双端读出

4．3 Geant4仿真设置

4．4 单层结构的仿真

4．4．1 单层结构介绍

4．4．2 单层结构的仿真

4．5 圆筒结构的仿真

4．5．1 圆筒结构介绍

4．5．2 圆筒结构的仿真

4．6 双层结构的仿真

4．6．1 双层结构介绍

4．6．2 双层结构的仿真

4．7 结果分析

4．8 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢