CsI(T1)+光二极管读出探测器在中能重离子核反应实验中的应用

本文报道了CsI(T1)+光二极管读出探测器在中能重离子核反应实验中的应用.研究了这种探测器与半导体探测器构成ΔE-E望远镜鉴别轻带电粒子,及利用过零时间法来鉴别轻带电粒子的实验结果.     

谱仪放大器参数对脉冲形状分析法鉴别轻带电粒子的影响

我们利用脉冲形状分析法,通过CsI(T1)闪烁体加光二极管读出探测器对¹²C(46.7/MeV/u)+⁵⁸Ni反应中出射的轻带电粒子进行了鉴别.实验中发现放大器成形时间常数的选取对轻带电粒子鉴别的结果有明显影响.本文基于信号转移函数的Laplace变换方法,对这个问题进行了计算和分析,成功地解释了所遇到的实验现象.     

谱仪放大器参数对脉冲形状分析法鉴别轻带电粒子的影响

我们利用脉冲形状分析法,通过CsI(T1)闪烁体加光二极管读出探测器对~(12)C(46.7MeV/u)+~(58)Ni反应中出射的轻带电粒子进行了鉴别。实验中发现放大器成形时间常数的选取对轻带电粒子鉴别的结果有明显影响。本文基于信号转移函数的Laplace变换方法,对这个问题进行了计算和分析,成功地解释了所遇到的实验现象。     

一种校验带电粒子速度成像探测器的新方法

带电粒子(离子或者电子)速度成像技术可以精确测量带电粒子产物的速度分布和角分布,获得光谱级别分辨率的原子分子能级结构,广泛应用于光电离和光解离等分子反应动力学实验中.速度成像探测器的效率和信号相对强度对带电粒子速度分布信息的提取具有重要的影响.由于难以精确测量入射离子数,至今仍然没有直接校验速度成像探测器的方法报道.本文基于铷原子磁光阱搭建了一套离子速度成像实验装置,实现了入射离子数的精确测量及连续可调,并对冷原子的光电离过程、微通道板探测器采集的飞行时间信号、电荷耦合器件采集的荧光屏信号进行了校验,对可能影响速度成像信号相对强度的因素进行了检验.实验结果表明:当入射离子数低于1×105个/(100 ns)时,微通道板探测器的增益稳定,而荧光屏信号强度与入射其表面的电子数量的关系受荧光屏电压影响比较严重.同时,结果表明本方法可以有效校验带电粒子速度成像探测器的效率和信号的相对强度,对使用速度成像技术的实验具有一定的借鉴意义.     

基于反角白光中子源次级质子的探测器标定

目前国内外的质子标定终端较少,且普遍为单能质子束流.基于中国散裂中子源的反角白光中子源的eV—200 MeV中子能量区间的白光中子束流,以及中子与氢的~1H(n, el)反应,可以获得宽能谱的能量连续次级质子.利用1 GSps采样率、12 bit的波形数字化获取系统采集探测器输出波形信号,通过对波形信号的分析,得到中子及反冲质子的飞行时间,进而得到反冲质子的动能.利用该方法得到的质子,为探测器质子标定等研究提供了新的研究平台.在该研究平台已经开展了带电粒子望远镜的标定实验.研究了CsI (Tl)探测器不同的信号读出方式对望远镜的DE-E二维谱、幅度-质子动能二维谱等粒子鉴别方法得到的粒子鉴别的效果,得到了较优的探测器信号读出方案.该研究为带电粒子望远镜的建设提供了实验依据,也说明了基于反角白光中子源的宽能谱质子标定的可行性.     

252Cf三分裂变的中子和γ发射反常现象

用一个4参数实验研究了²⁵²Cf自发三分裂变的中子和γ发射与轻带电粒子(α、t、d、p)能量间的关联. 结果表明,对低能轻带电粒子伴随裂变观察到了正关联,对高能轻带电粒子观察到的是负关联. 在模型计算基础上定性地讨论了这个称为反常发射的正关联现象.     

α粒子在塑料探测器中的能量响应

在重离子核反应机制研究的实验中,我们用一个总覆盖角为θ_L±20°,φ_L±9°由20个快慢塑料闪烁体单元构成的ΛE-E确良Phoswich探测器系统对重离子反应中前方向出射的轻带电粒子进行了测量,并利用从加速器引出的α束流,在不同厚度的铝箔中降能后,对该探测器系统进行了能量刻度.借助一个简单的关系式成功地拟合了我们的数据.得到的α粒子能谱与硅探测器望远镜测得的α粒子能谱符合得很好.     

放射性核束引起反应中轻带电粒子发射的同位旋效应

研究了69MeV/u³⁶Ar轰击Be靶的碎裂产物与Si靶反应引起的前角区轻带电粒子的发射产额与原子核同位旋、原子核序数的关系.发现前角区轻带电粒子发射产额对于丰质子核的结构非常敏感,与同位旋存在一种指数关系.因此可以把前角区轻带电粒子发射产额作为探测丰质子核结构的一种手段,也是一种新的验证一个核是否具有质子晕结构的实验证据.     

环形正负电子对撞机带电粒子鉴别的飞行时间探测器

环形正负电子对撞机(circular electron-positron collider, CEPC)通过d E/dx的测量进行长寿命带电粒子的鉴别,要求对d E/dx的测量达到约3%的精度.但d E/dx的测量对带电粒子π/K,π/P和K/P各有一个分辨盲区,对应的横动量分别为1 GeV/c, 1.6 GeV/c和2 GeV/c.一种解决方案是采用高精度飞行时间(time of flight, TOF)探测器填补分辨盲区,探测器系统的时间分辨要求小于50 ps.针对这一要求本文提出一种小颗粒飞行时间探测器,具体方案为采用小块塑料闪烁体(1 cm×1 cm×0.3 cm)侧面耦合硅光电倍增管读出.介绍了该探测器的构建以及利用90 Sr电子准直源和高速波形采集电子学对该探测器的性能标定.结果显示,采用恒比定时法,该探测器的时间分辨约为48 ps,可以满足CEPC对飞行时间探测器的要求.     

双层飞行时间探测器(TOF)的性能研究

利用BC408塑料闪烁体直接耦合R2490–05高抗磁光电倍增管,组成双层飞行时间探测器.通过2GeV的π–束流测量,结果表明其本征时间分辨(标准偏差)≤50ps.利用该探测单元组成的飞行时间探测器系统,以其时间性能、结构、技术成熟和价格的优势,可以应用到τ–c工厂的带电粒子鉴别系统上.     

一组用于中能重离子核反应研究的高质量分辨望远镜探测器

本文描述了一个用于中能(20—100MeV/u)重离子核反应研究的高质量分辨带电粒子望远镜探测器.该望远镜由三片全耗尽硅半导体ΔE探测器(130μm+1580μm+5000μm)和一块10×10×30mm³CsI(Tl)闪烁体(光二极管读出)E探测器组成,具有高能量分辨、高质量分辨(对¹²C ΔA/A=25%FWHM)、大能量范围(对于α粒子为16—350MeV)等特点,能较好地用于中能核反应研究中类弹碎片和轻粒子的同位素鉴别与能量测量.     

中能重离子碰撞中带电粒子多重性的同位旋效应

利用兰州4π带电粒子探测器阵列测量带电粒子多重性,研究了55MeV/u ⁴⁰Ar+^58,64Ni核反应中He和中等质量碎片的产额与反应系统同位旋的关系,以及这种同位旋效应与反应系统的碰撞参数(即碰撞的激烈程度)、系统的激发能的变化关系,对两个反应系统,观察到带电粒子多重性中He的比分随带电粒子多重性的增加而增大,带电粒子多重性中IMF的比分随带电粒子多重性的增加而先增大,后减小的规律.两个反应系统虽然具有相同的核电荷数,但轻粒子He和中等质量碎片在多重性中的比分有明显的同位旋相关性。     

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.     

高性能PIN-硅探测器的研制及其在高能放射性核束实验中的应用测试

鉴于国内核物理实验对高性能硅探测器有大量需求,而国外对中国进行技术封锁,满足实验需求的高性能探测器不易获得.中国科学院近代物理研究所在原有制备工艺基础上首次采用套刻技术,有效减少了光刻及腐蚀过程造成的Si O2沾污,大幅提高了探测器性能和成品率.本文对采用该工艺研制的300μm厚,有效面积50 mm×50 mm硅探测器进行电学性能测试和在束探测性能测试.探测器在–45 V耗尽电压下,其漏电流小于40 n A,对5 Me V左右的a粒子的能量分辨(σ)约为45 ke V.将该探测器作为能量沉积(ΔE)探测器,利用250 Me V/u的¹¹C放射性束流及其在次级碳靶上的反应产物对探测器进行了探测性能测试.测试结果显示,该探测器对于C元素的电荷数Z的分辨为0.17,与文献中记录的国外生产的同类型探测器的实验数据(Z分辨0.19)相当,可以满足中高能放射性束实验对轻质量区粒子鉴别的要求.     

中能重离子反应中的多单元轻粒子阵列探测器

本文描述了一个能在中能(10—100MeV/u)重离子核反应测量中鉴别轻粒子、测量粒子多重性,并能给出轻粒子能量和位置信息的大立体角(θ:5°—20°,φ0°—360°)、多单元(36单元)阵列探测器.初步调试结果表明该探测器对轻粒子(p、α等)有较好的分辨.     

25MeV/u 40Ar+93Nb反应中热核的激发能和核温度

利用半导体望远镜探测器和PPAC对25MeV/u ⁴⁰Ar+⁹³Nb反应中的带电粒子和余核进行了关联测量,对所得α粒子能谱用三源模型进行了拟合,并由余核飞行时间和粒子多重性得到热核激发能.通过对温度的修正,发现在本实验中有激发能E^*/A为4.3MeV,温度T_init为6.9MeV的热核形成.通过与其它实验结果的对比可以看出核物质在轻系统和重系统中行为的差异.     

低能重离子诱导反应中轻带电粒子和蒸发剩余物的能谱(英文)

在多源理想气体模型的框架内, 用一个关于末态粒子多重数分布的统一描述, 研究了低能重离子诱导反应中轻带电粒子和蒸发剩余物的能谱。 在同一个激发的复合核中, 每个源对带电粒子和蒸发剩余物均贡献一个指数分布的能谱。 计算结果与158, 170, 180 和 200 MeV 20Ne+12C 反应中, 轻带电粒子和蒸发剩余物能谱的实验结果符合。     

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.     

三级GEM气体探测器性能的实验研究

GEM探测器是一种新型微型气体探测器(Micro-Pattern Gas Detector), 在粒子物理实验及低能X射线成像系统中有着较大的应用前景. 文章研制了一种适用于低能X射线成像和带电粒子径迹测量的三级GEM气体探测器. 使用放射源⁵⁵Fe对其气体放大特性、电荷传输效率及能量分辨本领等性能进行了实验研究, 重点研究了传输区电场对气体有效增益和能量分辨本领的影响. 实验结果表明, 三级GEM探测器的暗电流和噪声较小, 有效增益能够达到10⁵以上并稳定地工作, 对5.9keV的X射线能量分辨率可达24%, 传输区电场强度大于3000V/(cm.atm)时, 能量分辨率基本稳定在30%左右.     

35MeV/u 40Ar+197Au反应中复合核的激发能与温度

利用大面积位置灵敏气体探测器对35MeV/u ⁴⁰Ar+¹⁹⁷Au反应中形成的裂片进行了符合测量,由此得到了裂变复合核的速度分布.在大质量转移假设下扣除前平衡发射粒子的影响,得到复合核的激发能.另外利用望远镜探测器对反应中出射的轻带电粒子也进行了符合测量,并由后角α,p,d,t的能谱提取了复合核的温度.温度与激发能的关系没有表现出理论预言的相变特征.