北京谱仪Ⅲ电磁量能器触发系统的模拟研究

利用北京谱仪Ⅲ探测器模拟和触发系统模拟程序,研究了北京谱仪Ⅲ电磁量能器的触发方案.根据物理目标设计了中性事例触发,巴巴事例判选和带电事例触发的方案,优化了各触发条件的参数,并仔细研究了对本底的排斥能力.研究了一批典型的物理道,给出了它们的触发效率,同时给出了预期的本底触发事例率.     

用最小电离的质子刻度铅–闪烁光纤夹层电磁量能器

研究利用最小电离的质子和已知能量的电子来刻度铅–闪烁光纤夹层电磁量能器.对最小电离粒子输出响应进行光纤衰减修正后,利用最小电离质子的输出响应对量能器测量单元进行标定,然后对不同入射能量的电子事例进行能量重建,重建能量与入射能量有很好的线性关系.本文还对最小电离的质子与μ子对量能器测量单元的输出响应进行了比较,发现二者在误差范围内是一致的.     

CMOS器件60Coγ射线、电子和质子电离辐射损伤比较

利用TRIM95蒙特卡罗软件计算了质子在二氧化硅中的质量阻止本领和能量沉积,比较了质子在二氧化硅中的电离阻止本领与核阻止本领,分析了质子在材料的表面吸收剂量与灵敏区实际吸收剂量的关系.利用60Coγ射线、1MeV电子和2-9 MeV质子对CC4007RH和CC4011器件进行辐照实验,比较60Coγ射线和带电粒子的电离辐射损伤情况.实验结果表明,60Coγ射线、1MeV电子和2-7MeV质子辐照损伤效应中,在0V栅压下可以相互等效;在5V栅压下,以60Coγ射线损伤最为严重,1MeV电子的辐射损伤与60Coγ射线差别不大,9MeV以下质子辐射损伤总是小于60Coγ射线,能量越低,损伤越小.     

铅-闪烁光纤夹层电磁量能器的角分辨研究

深入讨论了如何提高铅--闪烁光纤夹层电磁量能器角分辨的分析方法. 用MC方法模拟量能器对不同能量光子事例的响应, 得到了量能器电磁簇射位置测量误差函数; 通过量能器束流测试数据分析, 证明用每层所有测量单元计算该层重心、所有18层做方向重建、并运用误差函数来拟合入射方向, 能够从分析角度显著地改善量能器的角分辨.     

EAS心区次级粒子分布涨落的多重分形结构的研究

利用Monte Carlo模拟数据研究了由γ射线和质子引起的空气簇射中的次级粒子在羊八井ARGO实验中的空间分布的不同,并利用G矩分析方法对γ射线和质子簇射的次级粒子在心区附近分布的多重分形性质进行了分析.从γ射线和质子事例的谱函数可以看出,利用这种方法,可以作为区分原初γ射线和质子的依据.结果表明在1—10TeV能区可以较好地区分γ射线和质子.     

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.     

均匀取样电磁量能器能量纵向泄漏的修正

研究对铅-闪烁光纤夹层电磁量能器能量纵向泄漏的纠正.对AMS02电磁量能器2002年束流测试的数据进行了分析,用Γ函数拟合的方法和末层沉积能量法对量能器的能量纵向泄漏进行了修正.经过修正后的能量线性变好,能量分辨率显著提高.末层沉积能量法对于能量分辨率的提高效果更为明显.     

在BEPCⅡ/BESⅢ上寻找胶子球的Monte Carlo研究

在即将建造的BEPCⅡ BESⅢ上利用MonteCarlo模拟研究了J ψ→γX→γηη′(η′→γρ0 ,ρ0 →π+ π-,η→γγ)过程.研究显示BESⅢ的良好性能和大统计量的J ψ事例样本为寻找胶子球态的一些候选者并确认其存在提供了可能.基于所研究的衰变道,为BESⅢ电磁量能器晶体BGO和CsI的选择及磁场强度的选择提供了数据.     

族事例多心结构现象分析

对传统的集团化方法进行了改进,采用扫描集团化方法对族事例进行处理,重新定义了多心结构事例的选择标准,通过多心结构事例实验数据与模拟计算结果的比较,研究超高能区核相互作用的规律.本文同时提出了用主集团的能量份额来辨认由初级质子所产生的大族事例(∑E_γ≥500TeV)的方法.     

利用宇宙线大气簇射的时空特征分辨原初γ射线

利用Monte Carlo模拟程序模拟甚高能区原初γ射线和质子大气簇射过程,分析γ射线和质子簇射在观测平面上的时空结构,利用大气簇射次级粒子到达时间涨落和空间横向分布特征,进行原初γ射线成分和质子成分的有效分辨,为中意合作羊八井ARGO实验进行γ点源的寻找提供了降低强子本底的方法,该工作还估计了该分辨方法对γ信号显著性的影响.     

一种二进制降能器设计方法

为提升在中国原子能科学研究院的100 MeV质子回旋加速器上进行多能点质子单粒子效应实验的效率,针对该加速器提供的100 MeV质子设计了一种二进制降能器.降能器包括6片铝降能片,厚度分别为0.5,1,2,4,8,16,32 mm,即后一片厚度均为前一片的2倍.提出相对厚度的概念,此概念也可用来表示产生的质子能点的次序以及降能器的状态或操作.降能器产生的9.69 MeV以上的61个质子能点间隔在0.84—4.09 MeV之间,且能量岐离均在10%以下,散射角半高宽均在45 mrad以下,基本可满足质子单粒子效应实验的要求.对加速器直接提供的质子的能量精度对降能器产生的质子能点的影响进行分析,发现经降能器产生的质子能量越低,其影响也就越大.此外,降能器对加速器直接能够提供的70—100 MeV能区的质子也是适用的,且可通过增加降能片数量的方式来获得更加连续化的质子能点.本文提出的降能器设计方法简单有效,具有较强的借鉴价值.     

3×3锗酸铋晶体阵列探测器对于0.5—21MeV光子能量响应的研究

建造了由九块国产锗酸铋晶体组成的采用光电倍增管读出的阵列式探测器. 应用γ放射源、中子放射源、静电加速器(p,γ)反应以及核反应堆(n,γ)反应得到0.5—21MeV γ射线. 在这个能量范围内进行的测试显示了线性的能量响应. 能量分辨率在低能量下满足预期的E^1/2关系, 而能量在4.43MeV以上实际测得的数值较预期为大. 实验中还考察了光子在晶体阵列中沉积能量的横向分布情况, 结果与蒙特卡罗模拟一致. 本工作表明, 采用放射源及低能(p,γ)反应作为锗酸铋电磁量能器定标和监测的手段是实际可行的.     

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.     

AMS02电磁量能器三维重建

研究了AMS02电磁量能器簇射三维重建, 发展出一个新的三维重建程序, 并用 蒙特卡罗模拟以及2002年束流测试数据对其进行了检验．该程序应用两次方向 重建、结合光纤衰减修正、横向以及纵向能量泄漏补偿, 完整地对事例进行了 重建, 得到了较为理想的能量分辨率和角度分辨率．     

BESⅢ触发系统MDC子系统的物理设计

介绍北京谱仪BESⅢ触发系统MDC子系统的物理设计. 该设计根据BESⅢ的物理研究目标,用软件模拟的方法研究了不同触发方案的可行性,并优化了触发参数. 对触发方案的效率进行了仔细研究,给出一些重要反应道的触发效率和本底事例率.     

超高能核作用中的晕事例

观测能量大于10¹⁵eV的γ族事例,在乳胶室中往往形成晕,给进一步观测超高能核作用的特征带来许多不便.目前只能给出一些粗糙的量来描述晕事例.然而晕事例的内部还有精细的结构,能提供更多的信息.作者对超高能族事例尽可能作逐个簇射测量,并用测量晕的方法进行重复测量,进行比较.并就某些特例作了分析与讨论.     

“膝”区原初宇宙线成分分辨的作用模型相关性

使用4种具有不同特点的强相互作用模型,按照西藏羊八井ASγ联合实验的条件,对“膝”区能量宇宙线的大气簇射过程进行蒙特卡罗模拟.分析了不同模型的簇射特征,找出与原初组成比较密切的特征量.最后用一种BP型人工神经网络对模拟结果进行分辨,并检验了分辨能力与作用模型的关系.结果表明,该网络能有效地挑选出不同模型产生的质子事例,分辨能力受作用模型的影响较弱.     

几种不同材料降能器对200 MeV质子放疗特性的蒙特卡罗模拟

能量选择系统是医用质子回旋加速器放疗系统中极其重要的部件,主要用来调节质子束能量,使得从加速器出来的质子束能量满足临床治疗计划的要求。能量选择系统的核心部件是降能器,目前降能器大多采用石墨作为降能材料。近些年提出用铍或者碳化硼替代石墨作为降能器材料的设想,以期望提高质子束流的传输效率。利用蒙特卡罗软件TOPAS模拟200 MeV质子在石墨、铍和碳化硼三种不同材料多楔形结构降能器中的输运过程,统计了穿过降能器后质子以及产生的次级中子的能量通量,并计算了质子束流在穿过不同降能器后的能量分散,据此得到了三种材料降能器厚度与质子能量之间的关系曲线,同时也分析了不同降能器对质子束传输效率的影响以及次级中子产额的情况。通过对比发现,三种材料降能器对束流的能量发散效果相当,而使用铍或者碳化硼都能提高束流传输效率,尤其铍降能器的性能较优。但铍和碳化硼与质子相互作用会产生更多的次级中子,因此在实际应用时需要更多地考虑次级中子对设备的辐射防护。Energy selection system (ESS) is an important component for medical proton cyclotron system. It has been widely used to modulate the proton energy in accordance with treatment requirements. ESS consists of the energy degrader which was mostly made of graphite. Recent years, to improve the transmission efficiency of the proton beams, beryllium and boron carbide have been proposed to substitute the graphite. In this work, the Monte Carlo code, TOPAS, was used to simulate the transport process of 200 MeV proton beams traversing the multi-wedge energy degrader made of graphite, beryllium and boron carbide, respectively. Energy fluxes of the protons and secondary neutrons after degrader, as well as the energy dispersion of the degraded proton beams, were calculated. It is found that the energy dissipation effect is nearly identical for all three kinds of degrader material, but using the beryllium or even boron carbide can improve the proton transmission efficiency. However, more secondary neutrons would be produced when proton beams interact with the beryllium and boron carbide, suggesting the need of additional consideration for radiation shielding to devices.     

6.8GeV/cπ~-N非弹性作用下π~0介子的产生

利用联合原子核研究所24立升丙烷气泡室照片,对动量为6.8GeV/cπ~- 介子与核子非弹性作用产生π~0介子的问题进行了研究。扫描了约2700对立体照片。在宽度为29.3厘米的有效范围内得到了1275个π~--N非弹性作用事例。在936个π~--p事例和339个π~--n事例中,观察到正电子、负电子对数目分别为240和89。考虑了气泡室对γ光子的探测效率,我们得到每个事例产生的平均π~0介子数_π~0=1.00±0.06。γ光子的平均横动量为_⊥γ=173MeV/c。此外,着重研究了γ光子的能量分布。在γ光子全部是由π~0介子衰变产生以及π~0介子和π~±介子具有相同能谱的假设下,利用在相同入射粒子能量的π~--N作用中所产生的次级π~±介子能量分布变换成γ光子的能量分布;将本实验所得的γ光子能量分布和变换得到的分布进行比较,这两个分布在实验误差范围内完全符合。     

用神经网络分辨原初宇宙线成分

尝试在高山乳胶室实验中用神经网络的方法区分超高能区原初宇宙线当中的质子和原子核,对模拟数据的分析结果表明,当族事例观测能量大于500TeV时,对质子和原子核的分辨率均能稳定在80%附近;而当族事例观测能量在100TeV和500TeV之间时,对质子和原子核的分辨率均大于70%.