北京谱仪(NESⅡ)飞行时间测量修正的系统研究

飞行时间计数器(TOF)是北京谱仪(BESⅡ)中用于带电粒子鉴别的主要子探测器.鉴于粒子鉴别在物理分析中具有特殊重要的地位,本文对TOF测量时间的系统偏离和分辨率进行了研究.利用J/ψ能区的强子事例样本,对输出脉冲幅度Q,z向坐标位置和粒子的βγ值与时间偏离以及分辨率的关系进行了分析,分别构造了时间偏离和分辨率的修正函数.最后给出用ψ″能区的强子事例样本对修正函数进行检验的结果.     

在羊八井测量初级宇宙线直达质子研究质子和空气核非弹性作用截面

提出了一种在高海拔通过测量直达质子来确定质子和空气核(p-air)的非弹性作用截面的方法, 并通过Monte Carlo模拟, 研究了其可行性. 假定将一台类似于KASCADE的强子量能器设置在西藏羊八井ARGO探测器的中央,选择大气簇射(AS)轴心落在强子量能器内的事例, 用全覆盖ARGO阵列作AS的反符合,用强子量能器测量非伴随的高能强子,即能以已知的效率得到一个直达质子事例样本. 利用这个样本,本工作以1%—2%的精确度还原了Monte Carlo模拟中所使用的p-air非弹性作用截面, 从而证明了这一方法的可行性.     

宇宙线强子谱测量中探测效率的模拟计算

利用加速器的实验结果和CKP模型, 对宇宙线强子谱测量中以铅靶和G-M计数组成的强子探测器的效率做模拟计算. 并对CKP模拟技术进行讨论.     

R值测量中强子事例选择的改进

强子事例的选择和强子探测效率是在BEPC/BES上进行R值测量的两项主要误差来源. 过去实验只选取等于或者大于2叉的强子事例, 因而0叉和1叉事例的丢失将导致强子事例数和强子探测效率的较大误差. 试图提出在R值测量中选取包含1叉强子事例在内的样本, 这将有助于更合理地调节强子事例产生器LUARLW的参数, 减小强子探测效率和R值测量的系统误差.     

BESⅢ探测器粒子鉴别效率的蒙特卡罗研究

利用ψ（3770）DD衰变的运动学特性,通过分析工作在BEPC-Ⅱ上BESⅢ探测器在正负电子对撞质心系能量为3.773GeV处的e＋ e_ψ（3770）蒙特卡罗模拟事例,挑选出干净的介子和K介子样本,研究了BESⅢ粒子识别系统对带电粒子的鉴别效率。根据此方法,可以确定数据和蒙特卡罗样本在粒子鉴别效率方面的差异。     

基于虚拟点探测器的虚拟点源效率刻度技术

主要针对尺寸为?75 mm×25 mm的241Am标准体源HPGe探测器探测效率展开研究,通过LabSOCS软件模拟及蒙卡计算研究发现,使用同一种结构类型的探测器测量特定形状的体源,其虚拟点探测器位置与虚拟点源位置满足线性、二次函数、指数等关系。针对确定的探测器,通过点源在对称轴线上不同高度位置实验就可以标定出虚拟点探测器位置,再结合它们的线性函数进一步计算出虚拟点源位置,最后将点源放置于虚拟点位置刻度即可得到体源的探测效率。因此,该技术方法首次提出通过虚拟点探测器位置找到了虚拟点源的位置,是一种全新的刻度方法,已达到实际应用的程度,可以大面积推广应用该技术成果。     

硬X射线调制望远镜低能探测器量子效率标定

低能X射线望远镜是硬X射线调制望远镜卫星的主要载荷之一,探测器采用CCD236.探测器的量子效率会影响能谱拟合和绝对流量,有必要对其进行标定.利用~(55)Fe放射源,以硅漂移探测器为标准探测器,标定了CCD236在Mn-K_α(5.899 keV)和Mn-K_β(6.497 keV)能量点处的量子效率,此能段在Fe线附近,对X射线天文观测有重要价值.考虑探测器的分裂事例后,Mn-K_α和Mn-K_β处的量子效率分别为71%和62%.在-95—-30?C工作温度范围内,CCD量子效率与温度无关.利用CCD236的结构及实测的量子效率,不考虑沟阻影响,得到耗尽层厚度为38μm.对CCD236施加不同的电压,其量子效率基本不变,表明其在两相驱动下高低电平的耗尽层厚度相等,进而说明CCD236一直工作在深耗尽状态,其耗尽层到了外延层和衬底层边界,已达最大值.     

利用TOF的Q值进行粒子鉴别的研究

飞行时间计数器(TOF)是北京谱仪(BESⅡ)中用于粒子鉴别的重要子探测器. 当带电粒子击中TOF时，闪烁计数器同时测量粒子的飞行时间T和脉冲幅度Q. 本文利用BESⅡ采集的双m事例，对脉冲幅度Q进行了研究. 利用J/ψ强子事例样本，给出了脉冲幅度最可几值Qmp随粒子bg值的变化关系. 这表明可以利用TOF测量的脉冲幅度Q值实现对粒子的鉴别. 最后给出用脉冲幅度Q进行粒子鉴别的效率和误判率.     

基于1.06μm波长的谐振腔型石墨烯光电探测器的信噪比分析

雪崩光电二极管由于具有高增益特性而广泛应用于激光测距机中,但由于在电流倍增过程中引入的高附加噪声,使激光测距机进一步提高信噪比遇到了瓶颈。石墨烯具有高电子迁移率、零带隙结构、独特光吸收系数等特性使其广泛应用于激光器、光调制器、透明电极以及超快光电探测器。该研究提出了一种高信噪比的谐振腔型石墨烯光电探测器的设计方法。以波长为1.06μm的激光为例,采用光学传输矩阵法和散射矩阵法,研究了光波在谐振腔传输和吸收层吸收的机理,建立了谐振腔型光电探测器的光吸收模型,通过优化,器件最终量子效率达到91.2%,响应度达到0.778A·W~(-1),半高全宽达到6nm;分析石墨烯在谐振腔中的位置对器件吸收率的影响,发现在满足谐振条件下,器件吸收率随石墨烯位置呈现周期性变化,腔长的改变不改变吸收率峰值,而是改变了吸收率峰值对应的石墨烯在谐振腔中的位置,当腔长是入射光半波长的n倍时,随着石墨烯位置变化,将出现2n个吸收率峰值,且关于谐振腔中心点对称分布;选择石墨烯距顶层反射镜0.402 8μm时,器件吸收率达到94%,相比单层石墨烯,吸收率提高了16dB;通过对比求解谐振腔型石墨烯光电探测器和雪崩光电二极管信噪比方程,得出谐振腔型石墨烯光电探测器信噪比可达到90.3,较雪崩光电二极管提高了10dB;理论分析表明,谐振腔型石墨烯光电探测器具有高吸收率、高量子效率和高信噪比,研究成果将对激光测距机接收系统中光电探测器的更新设计和应用提供理论参考。     

CVD金刚石薄膜探测器性能研究

通过实验测量和理论分析, 从载流子动力学角度研究了用于脉冲辐射探测的CVD金刚石薄膜探测器的适用结构、电荷收集效率和时间响应性能. 结果表明, CVD金刚石薄膜可以制成均匀型结构的探测器; 薄膜中的缺陷会降低探测器的电荷收集效率, 探测器的电荷收集效率随场强增大而增大直至饱和. 已研制的CVD金刚石探测器电荷收集时间可达719ps, 在2.5V/μm场强下达到饱和, 电荷收集效率 达60.5%; 晶格散射是影响探测器时间响应的主要因素, 选用大晶粒甚至单晶金刚石薄膜可以提高探测器时间响应.     

基于虚拟刻度原理对放射性体源效率刻度方法的发展

采用蒙特卡罗模拟计算的方法,标定能够适用于不同HPGe探测器上的体源虚拟点源位置,需要对点源、体源的探测效率进行模拟计算。通过 241Am、137Cs、60Co点源和体源研究了HPGe晶体尺寸、类型对它们的虚拟点源位置的影响,模拟结果表明241Am虚拟点源位置随着探测器尺寸、类型的不同呈现明显的差异性,说明虚拟刻度原理对于探测器表面的小体积样品测量在低能区间是不可取的,最后采用 137Cs、60Co源得出体源高度与虚拟点源位置的半经验公式。通过实验室两台HPGe探测系统对尺寸Φ70 mm×65 mm标准土壤体源的探测效率进行计算,与模拟探测效率值、虚拟点源效率表征结果对比分析,验证了拟合一组表征虚拟点源位置的半经验公式是可行的。实验结果表明,对$\gamma $能量区间在300~2 000 keV进行体源的虚拟刻度时,选择可靠的定标源即可建立体源和虚拟点源位置的关系。这为解决监测工作中样品与探测器之间重复进行探测效率校准的问题提供了新的途径。     

原始数据中束流相关本底的分离

束流相关本底处理的不确定性是在BES/BEPC上进行R值测量的主要误差来源之一,提出从原始数据中分离出束流相关样本的新方法, 并把此样本用于调节强子产生器LUARLW的参数,以减小强子探测效率的系统误差, 提高R值的测量精度.     

用于雪崩光电探测器响应度增强的超透镜设计与仿真

超透镜除了可以实现传统透镜的聚焦和成像功能之外,还可通过对超构单元的设计实现对光场偏振、波长和振幅等的多维度操控,由于体积薄、重量轻、成本低、易集成,其在光电子器件领域中开始崭露头角,已经成为当前的研究热点和重要方向。本文采用时域有限差分算法(Finite-difference time-domain,FDTD)设计并优化了基于InGaAs雪崩探测器原位集成的超透镜,同时估算了超透镜的聚焦效率和透射率。仿真结果表明,超透镜将入射光会聚至探测器的光敏区中,透射率达到82.8%,并且在目标焦距150μm、超透镜半径50μm时聚焦效率达到84.89%。为进一步提高透射率,在超透镜表面增加抗反射层(AR Layer)。结果表明,300nm的SiO₂层透射率达到最大值86.6%,250 nm的SiN层透射率达到最大值87.6%,透射率比未增加AR层时分别增加了3.8%和4.8%。最后计算得出集成超透镜的探测器吸收区光场能量比未集成超透镜的探测器吸收区光场能量提升了250.96倍,将极大提升探测器的响应度。本文提出了单片集成超透镜的雪崩探测器设计方案,将雪崩探测器光敏区之外的...     

LUND面积定律产生子在R值测量中的应用

对Lund弦碎裂模型强子化面积定律严格求解,得到e⁺e^－湮没产生少体初始强子态的遍举分布.基于面积定律的新产生子LUARLW在2—5GeV能区的模拟结果与BES数据的多种谱分布符合很好,用于BES上强子产生总截面测量的强子探测效率的估计.     

高能强子–强子碰撞中喷注的产生与演化过程的动力学起伏

用蒙特卡洛方法对630GeV/c质子–反质子碰撞中的无偏样本、喷注事件样本和喷注内样本中的动力学起伏进行了研究.结果表明,喷注事件样本和电子–正电子对撞的全事件样本相似,近似地有各向同性的动力学起伏,而喷注内样本则和电子–正电子对撞的喷注一样,有类似于强子–强子碰撞软过程的各向异性动力学起伏.这表明,强子–强子碰撞中喷注的产生和演化分别和电子–正电子碰撞中喷注的产生和演化有类似的动力学性质.     

大型强子对撞机上的CMS探测器

CMS探测器是大型强子对撞机(LHC)上的4个实验之一,它的设计思想是在质心能量为14TeV及积分亮度为1034cm-2s-1的条件下对质子-质子对撞进行研究.它的特点是非常紧凑,其μ子室几乎覆盖了4π立体角.另外,CMS探测器还有可提供超强磁场的超导磁铁和由超导磁铁环绕的径迹室以及电磁量能器和强子量能器.CMS探测器对于末态为电子、光子、特别是μ子的物理过程有很好的测量精度.     

泵浦光的入射角对参量下转换的影响

利用参量下转换制备相关光子实现对各类探测器的量子效率的定标,是近年来兴起的新型定标技术。由于参量下转换的光子转换效率低,探测器输出信号信噪比小。采用短波激光器泵浦PPLN周期极化性晶体,可获得较大功率的参量光。分析了泵浦光在PPLN晶体端面的入射角对参量光的转换效率、空间分布、参量带宽及晶体周期的影响,并进行了数值模拟。分析发现当泵浦光正入射晶体端面时,参量光功率转换大,带宽小,发散角大;随着泵浦光入射角度逐渐增大,参量下转换的转换效率降低,相关光子的带宽变小,发散角变小且参量光的中心波长的空间位置会发生相对偏移。该研究结果可为相关光子探测、模拟探测器量子效率的高精度定标提供理论依据。     

JLab Hall-A上小角度GDH实验中的粒子鉴别及其效率

在JLab的A大厅上的小角度GDH实验中, 因为散射截面及截面不对称度的测量需要干净的电子样本和足够的事例统计, 径迹在簇射量能器和气体阈契仑柯夫探测器理的信息被用来完成粒子鉴别的任务. 通过优化粒子在两种探测器里的信息筛选条件, 可以得到较高的电子接收效率和π的去除能力. 因为探测器的分辨能力与粒子的动量等运动学参量有关, 所以对于不同的数据的粒子鉴别条件分别进行了优化, 并得到了对应的电子接收效率和π的去除能力.     

用于中国散裂中子源多功能反射谱仪的高气压多丝正比室探测器的研制

中国散裂中子源需要建设一台多功能反射谱仪中子探测器,满足在10年运行期间内,50%(@2A)以上的探测效率、好于2 mm的二维位置分辨、200 mm×200 mm的灵敏面积、3倍的n/γ分辨能力及良好的二维成像性能.基于此要求,探测器因此采用基于高气压~3He气体的多丝正比室,并以满足反射谱仪的探测效率、位置分辨、长期稳定工作和n/y分辨能力为目标进行探测器的设计.本文经过模拟和实验计算得出:以9 mm厚的铝合金入射窗、铝丝密封的高气压腔体和6 bar~3He+2.5 bar C_3H_8的工作气体的设计,可满足探测器对2 A中子10年运行期间内54%以上的探测效率要求;探测器对中子的位置分辨可达到1.4 mm左右;设计的气体净化系统,拥有2 L/min的气流速度可有效去除探测器内的负电性杂质气体,气体循环净化后可提高探测器约27%的气体增益,保证探测器长期稳定的运行;通过对~(252)Cf中子源的能谱测量和成像测量,得出探测器的n/γ分辨能力在5倍以上和均匀的成像结果.研制的探测器满足反射谱仪需求,并已在中国散裂中子源反射谱仪靶站就位联调.     

一维位置敏感探测器位置准确度和线性度的改进

在常规的条状一维位置敏感探测器（PSD）中,光敏区和位置电阻区是结合在一起的,器件的欧姆接触电极难以做得比较理想,因此器件的位置准确度和线性度也受到了不利的影响。而在梳状一维位置敏感探测器中,光敏区和位置电阻区被分成了梳齿区和梳脊区两部分,并且位置电阻区被设计成很窄的长条,即使掺杂浓度比较高,位置电阻也能做得相当大。这样条状一维位置敏感探测器接触电极上的缺陷就可消除。用两种不同的一维位置敏感探测器所测量的位置特性曲线证实了理论分析的正确性。测量结果还表明,梳状一维位置敏感探测器的位置准确度和线性度比条状一维位置敏感探测器有了显著的提高,梳状一维位置敏感探测器的平均位置误差从条状一维位置敏感探测器的55μm减小到了26μm,梳状一维位置敏感探测器的均方根非线性度从条状一维位置敏感探测器的0．94％减小到了0．09％。