闪烁体荧光传输特性对ETOF探测器性能的影响

为了对BESⅢ端盖飞行时间探测器(ETOF)的测试结果给出合理的解释, 采用Monte Carlo模拟软件包Geant4, 对该探测器测量高能带电粒子的性能进行模拟研究. 详细探讨了当粒子击中ETOF模块不同位置时, 其闪烁体荧光传输特性与探测器模块输出信号之间的关联, 以及PMT输出信号甄别阈值的选取对闪烁探测器本征时间分辨的影响, 并寻找可能的改善时间分辨的方法. 为进一步提高ETOF的性能提供参考.     

BESⅢ端盖TOF探测器的研制

针对BESⅢ端盖TOF的研制方案, 设计和制作了特殊构型的闪烁探测器. 研究了光电倍增管(R5924)和塑料闪烁体(BC404, BC408, EJ204)的性能. 测量了几种包装材料对单个闪烁探测器模块光收集和本征时间分辨的影响. 使用800MeV实验电子束对探测器模块的测量结果显示, 采用EJ204和BC404晶体其时间分辨小于80ps; 采用ESR材料包装可获得较大的输出信号, 提高了探测器的性能.     

BESⅢ端盖TOF本征时间分辨的MC模拟

BESⅢ飞行时间探测器(端盖部分)由2×48个塑料闪烁探测器模块构成. 采用Monte Carlo模拟软件包Geant4，对该探测器测量高能带电粒子的性能进行了模拟研究. 文章讨论了最小电离粒子击中闪烁体不同位置，以及闪烁体形状，闪烁体表面覆盖材料对本征时间分辨的影响，给出了详细的模拟结果，并与宇宙线测试结果进行了比较. 为该探测器研制和工程设计提供必要的参考数据.     

束流实验中不同尺寸塑料闪烁体的时间特性

北京谱仪(BESⅢ)中的飞行时间探测器将采用长2.3m宽6cm的长条形塑料闪烁体. 利用北京高能物理研究所的实验束流对铝膜包装的不同厚度闪烁体的本征时间分辨进行了研究,给出了4cm, 5cm和6cm闪烁体的时间分辨, 而且用蒙特卡罗模拟做了比较, 结果表明5cm厚的闪烁体具有最佳性能.     

GEANT4对飞行时间谱仪单块闪烁体的模拟研究

基于GEANT4对飞行时间谱仪单块闪烁体进行了系统的模拟研究,得出了飞行时间谱仪的本征时间分辨.并对BC404和BC408两种类型的塑料闪烁体材料以及闪烁体与光电倍增管的耦合方式做了比较研究,得到了比较结果.这些结果对BESⅢ粒子鉴别系统的设计有着指导意义.     

BESⅢ飞行时间计数器1:1模型的束流测试

在北京正负电子对撞机直线加速器实验束上进行了BESⅢ飞行时间计数器1:1模型的束流测试.利用动量为800MeV/c的电子束,对应用不同包装材料(铝膜和Tyvek)的不同闪烁体(BC408和EJ200)的时间分辨率和光传输衰减长度分别进行测量,以铝膜包装EJ200为最佳选择,其本征时间分辨率(标准偏差)好于90ps，达到BESⅢ的设计指标.     

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SiPM读出的塑料闪烁体探测器时间性能研究

研究了基于硅光电倍增管(SiPM)双端读出的面积为10 cm ×10 cm的薄塑料闪烁体探测器的时间性能。239Pu放射源测试结果显示:(1)在多支SiPM串连读出方式下,随着SiPM数量的增加,探测器时间分辨逐渐变好;(2)在固定12支SiPM数量不变的情况下,并联支路越多,探测器时间分辨越差;(3)采用快时间塑料闪烁体并增加其厚度,可有效提高探测器时间分辨;(4)采用比束斑尺寸更大的塑料闪烁体,可有效提高探测器时间分辨的位置均匀性;(5)对于1 mm厚的EJ232塑料闪烁体探测器,在单端12支SiPM串行连接的情况下,可获得好于131 ps的时间分辨。这一研究对RIBLL2起始时间探测器的升级改造具有重要的指导意义。     

光反射材料对飞行时间探测器性能的影响

在北京正负电子对撞机直线加速器试验束上测试TOF闪烁体在不同光反射材料下(tyvek, teflon, millipore, ESR及镀铝薄膜)的性能, 包括时间分辨率, 衰减长度及光在闪烁体中的有效传播速度. 就时间分辨率来说镀铝薄膜较好达到95.6±2ps, 就衰减长度来说ESR最好, 对于光在闪烁体中的有效传播速度几种光反射材料大致相同.     

利用ICCD定位宇宙线来测量探测器时间分辨的方法研究

本研究采用双层150 mm×150 mm闪烁条阵列定位宇宙线的入射和出射位置. 阵列信号光使用波移光纤吸收传输,在ICCD相机前插入前置像增强器,使信号光延迟大于200 ns, 使ICCD可以由外部高速触发信号控制,有效记录随机触发事例.该宇宙线定位系统可以同时多点密集测量 通用探测器测试平台的时间分辨和闪烁光的渡越时间.该新方法与传统时间分辨测量方法相比提高了30倍以上 的效率.实验结果显示:时间探测器的时间分辨好于200 ps,满足通用探测器测试平台的设计要求.     

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.     

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.     

多像素光子计数器(MPPC)的性能测试

多像素光子计数器(Multi Pixel Photo Counter,简称MPPC)是近几年发展起来的一种新型信号读出设备.为了对这种设备制作的闪烁探测器有较深入的了解和认知,本文配合塑料闪烁体,与MPPC制成塑料闪烁探测器,对利用这种新型的光子计数器做成的探测器进行了研究.利用它测试了塑料闪烁体的时间和位置分辨率,将这方面数据与之前常用的配有光电倍增管的闪烁探测器的数据进行了比较,能够了解到用MPPC与塑料闪烁体做成的闪烁探测器在时间分辨和位置分辨方面能够达到实验的要求.在信价比和几何大小方面,MPPC优于光电倍增管,因此利用MPPC将在实验方面带来很大的优越性,为实验研究提供更大的方便.     

基于SiPM和TCMPC的时间分辨拉曼散射测量技术研究

报道了一种基于硅光电信增管(SiPM)的时间相关多光子计数(TCMPC)技术并将其应用于时间分辨拉曼散射测量。相比于常规基于光电倍增管(PMT)或单光子雪崩二极管(SPAD)的时间相关单光子(TCSPC)技术,由于SiPM可以分辨信号脉冲的具体光子数,基于SiPM的TCMPC技术消除了信号脉冲包含的光子数必须小于等于1的限制,光子计数效率提高了10倍以上,大大节省了测量时间。此外,多光子测量比单光子测量能够得到更好的时间分辨率,时间分辨拉曼散射系统的仪器响应函数(IRF)从单光子81.4 ps缩短至双光子59.7 ps,因而可以用更窄的时间门限抑制荧光本底等噪声对拉曼散射测量的影响。使用TCMPC技术测量CCl₄在0.5和1.5 p.e.两个不同光子数阈值的拉曼峰的峰本比,后者较高的光子数阈值能进一步降低SiPM暗计数噪声的影响,增加了拉曼信号测量的信噪比,测量得到的CCl₄ 459 cm-1拉曼峰的峰本比是前者的6.4倍。将所述新的拉曼散射测量技术与基于PMT和锁相放大器(LIA)的传统拉曼散射测量技术进行了比较研究,前者由于可以使用仅有数十皮秒的测量门限,可以有效抑制荧光、环境杂散光和SiPM暗计数等噪声的影响,所得光谱具有更好的峰本比,测得CCl₄的459 cm-1拉曼峰和Si的一阶拉曼峰的峰本比分别是后者的3.9倍和5.5倍。     

基于DRS4测试板的数字波形分析方法（英文）

使用不同的方法来确定La Br3晶体信号的到达时间。在文中信号经过光电倍增管的放大之后由DSR4测试板进行数字采集,其中DRS4是由瑞士PSI研究所生产的高带宽、低功耗以及快读出时间的开关电容阵列。这些优势使得DRS4很具有吸引力,很多实验将传统的ADC与TDC替换为DRS4。采集的波形可以通过不同的方法进行后续处理。其中包括:(1)恒分甄别、(2)波形拟合、(3)PMT脉冲模型法以及(4)均值过滤法。文中实现的恒分甄别的时间分辨与使用模拟电路获取的平均时间分辨相比没有提高。高斯波形拟合法虽然与数字CFD的结果相当,但是却更加耗时。均值滤波法虽然容易实现,但是通过这个方法得到的时间分辨与采样时间在一个量级。而PMT脉冲模型法得到的平均时间分辨为195.4 ps,优于模拟信号的恒分甄别的时间分辨254.7 ps。     

强磁场下精细网型光电倍增管的性能测试

北京谱仪升级后(BESⅢ)的飞行时间计数器(TOF)将使用精细网型光电倍增管(PMT).本工作对日本浜松(Hamamatsu)公司生产的精细网型光电倍增管R5924(FM)的性能在强磁场下进行了测试.测量了PMT在顺、逆磁场方向时相对增益随磁场强度的变化,在1T时,与0磁场相比,相对增益下降约50余倍.测量了不同磁场强度(0,0.5,1T)下,PMT的相对增益随工作电压的变化,在相当宽的工作电压范围内,相对增益随工作电压的变化具有指数关系.通过不同磁场强度下PMT相对增益随工作电压变化趋势的比较,表明PMT打拿极精细网型的特殊构造使二次电子发射系数δ中的因子k小于一般值,且随磁场强度的增强而变小,这是造成强磁场下PMT增益下降的重要原因.     

BESⅢ TOF前端读出电子学系统原型设计和实验结果

作为北京谱仪(Beijing Spectrometer, 简称BES)的改造, BESⅢ将把TOF(time-of-flight)测量精度提高到一个新的水平, 总时间分辨不大于90ps. 其中要求前端电子学(Front End Electronics, FEE)对时间测量的不确定性贡献小于25ps. 本文介绍了TOF前端读出电子学系统原型电路的设计和初步的测试结果.     

闪烁光纤特性测试

介绍了一套进行单根塑料闪烁光纤测量的实验装置,给出由这套装置获得闪烁光纤的光产额、衰减长度、时间分辨和位置分辨的实验方法和测量结果,并对两种不同厂家的光纤进行了比较.     

快响应塑料闪烁体EJ-232的时间特性研究

在核反应时间过程测量系统中,闪烁体主要用于将中子转换为便于记录的可见光.EJ-232塑料闪烁体的主要特点是响应快、衰减时间短,利用其进行中子一光转换可提高系统的时间分辨.利用波长为263nm的激光激发闪烁体对其时间特性进行了测量,闪烁体尺寸为φ6 mm×1 mm和φ6 ram×2 mm.测量结果表明,EJ-232塑料闪...     

闪烁光纤量能器单元模型的宇宙线测试

介绍闪烁光纤量能器单元模型宇宙线测试采用的简易实验装置和测量步骤,以及实验数据的分析处理方法.对来自意大利KLOE的铅–光纤量能器单元模型进行了宇宙线测试,对实验数据进行了分析和修正,给出了该单元模型的时间分辨(252ps)和位置分辨(4.1cm)等参数.