一种新型时间测量探测器──多气隙电阻板室

介绍了具有6层气隙的电阻板室的结构和工作原理.用动量7GeV/c的粒子束测量了该探测器的性能,得到时间分辨为60—70ps,探测效率大于97%.在动量为3GeV/c的正电荷粒子束流测试中,用该探测器获得了p和π的时间谱,实现了很好的粒子分辨.     

多气隙电阻板室飞行时间谱仪技术

基于多气隙电阻板室(MRPC)技术的飞行时间谱仪广泛应用于现代物理实验,并在粒子鉴别中发挥了重要作用.随着加速器能量和实验亮度的提高,对飞行时间谱仪的粒子计数率和时间分辨要求越来越高.MRPC飞行时间谱仪按技术上可以分成三代.从第一代到第三代,计数率要求越来越高( 30 kHz/cm~2),时间精度也更加严格(20 ps),相应的探测器结构和读出电子学系统呈现出不同的特性.本文总结了三代飞行时间谱仪技术的主要技术特点及主要物理实验,介绍了已经取得的应用成果,提出了该技术的未来发展方向.同时也介绍了MRPC探测器在工业及医学方面的应用.     

多气隙电阻板室抗辐照性能研究

给出了为RHIC-STAR飞行时间探测器设计的多气隙电阻板室(MRPC)的辐照实验结果. 实验采用100mCi⁶⁰Co γ源, 采用不同的剂量率对MRPC进行辐照. 一个室在大剂量率2.87×10^－2Gy/h下辐照了24h后, 其性能如噪声计数率, 暗电流等均大大退化. 另一个室在相对低剂量率5.31×10^－4Gy/h下辐照了530h, 其性能没有见到任何变坏. 实验的目的是为了了解这种探测器在几年的运行中经过大剂量的辐照后的性能变化情况.     

多气隙电阻板室蒙特卡洛模拟与实验的比较

介绍了一个在电阻板室雪崩增长与信号发展的模型,模拟了多气隙电阻板室的电荷谱和时间分布谱,并与试验做了比较.     

一个高时间分辨的多间隙电阻板室原型

研制了一种多气隙电阻板室原型并建立了相关的测试系统.利用宇宙线测试系统和欧洲核子中心的试验束装置T1?0对其性能进行了测试,给出了初步结果.时间分辨达到70ps,对最小电离粒子的探测效率大于95%.     

高时间分辨MRPC的位置灵敏读出方法

根据MRPC工作机制和高时间分辨的特性, 研制一种位置灵敏MRPC原型及读出方法. 该探测器具有10个220μm气隙, 有效探测面积为20cm×20cm. 前端电子学采用专用ASIC芯片, 具有快时间响应和输入电荷-输出信号宽度的转换功能. 采取同时读取信号传输时间差和感应信号分布的方法实现两维读出. 对该探测器性能的束流测试结果显示: 沿着读出条方向及其垂直方向的位置分辨分别为4.5mm和1.6mm, 其时间分辨达到63ps, 探测效率>95%.     

BESⅢ端盖TOF时间分辨的束流测试

使用800MeV的电子束对BESⅢ端盖飞行时间探测器(TOF)模块的性能进行测试. 研究了塑料闪烁体的包装材料、光电倍增管(PMT)的工作电压、电子束入射位置对单个TOF模块的本征时间分辨的影响，并给出了测量时间与信号幅度和粒子击中位置的修正方法. 实验结果显示:使用Tyvek纸包装，闪烁体在安装PMT的一端有45°斜面, 电子击中在TOF模块不同位置其本征时间分辨在70—90ps范围内.     

大含量氟利昂气体下的电阻板室特性

制作一种有效面积为490mm×490mm玻璃电极双层电阻板室的实验模型.采用大含量氟利昂气体,用宇宙线测量该探测器的探测效率,输出电荷,时间分辨.测量结果显示:对最小电离粒子的探测效率可达到95%以上,效率坪达到2kV,平均噪声计数率小于0.2Hz/cm2.当探测器进入饱和雪崩区,探测器的时间分辨最小.文中给出了有关性能模拟和计算结果.对流光模式下的性能也进行了初步的测试,获得了有价值的实验数据.     

工作气体对MRPC性能影响的研究

多气隙电阻板室(MRPC)飞行时间探测器模型从2003年2月开始在美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的AGS束流上顺利完成了为期10周的测试(共28个MRPC模块168路读出,其中12个模块即72个读出道配置了读出电子学).实验表明工作气体的选择对MRPC的工作性能有很大影响.测量了几种不同成分的混合气体(A)90%C₂H₂F₄+5%iso-C₄H₁₀+5%SF6、(B)95.3%C₂H₂F₄+47%iso-C₄H₁₀及(C)100%C₂H₂F₄下MRPC探测效率和时间分辨等特性的变化,并给出了相应条件下的流光信号几率     

多气隙电阻板室的宇宙线测量结果

介绍了20多个多气隙电阻板室的宇宙线测量结果.测量所用的宇宙线平台可以同时测量同一个电阻板室的多个cell,其参考时间的时间分辨为70ps.在宇宙线的测量条件下,用国产材料制作的多气隙电阻板室的时间分辨可达到90ps.利用这套宇宙线测量系统,还对多气隙电阻板室的探测效率和cell间的相互串扰进行了研究.     

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.     

MRPC-TOF时间性能和刻度方法的研究

研制的由28个多气隙电阻板室(MRPC)模块构成飞行时间探测系统, 从2003年以来在RHIC-STAR实验上成功运行并获得了大量的实验数据. 为了深入了解MRPC实际运行中的性能,采用质心能量200GeV的Au-Au对撞的实验数据, 对MRPC-TOF的刻度方法进行了深入研究, 主要包括: (1) 对现有的刻度方法做了进一步的改进; (2) 对粒子入射角度等因素进行了修正; (3) STAR径迹重建的位置分辨率对MRPC时间分辨率影响. 用改进后的刻度和修正方法, 计算得到MRPC的本征时间分辨率为大约60ps, 与束流实验结果相近.     

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.     

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.     

MRPC宇宙线测试及温度效应

建造了一套MRPC单元的宇宙线测试系统.在数据处理过程中实现对入射宇宙线的方向选择.实验结果表明:MRPC的时间分辨可以达到约84ps,对应的触发系统参考时间分辨可以达到约75ps.对MRPC的温度特性进行了研究,得到了一些初步结论.     

MRPC宇宙线批量测试方法探讨

通过分析33个多气隙电阻板室(MRPC)的宇宙线测试结果, 得到了雪崩信号比例和 平均幅度与时间分辨的关系, 计算得出了MRPC的分辨时间随测试事例数的变化 趋势. 据此提出了~MRPC~的宇宙线批量测试方法.     

A prototype of a high rating MRPC

Six-gap resistive plate chamber (MRPC) prototypes with semiconductive glass electrodes (bulk resistivity～1010.cm) were studied for suitability in time-of-flight (TOF) applications at high rates. These studies were performed using a continuous electron beam of 800 MeV at IHEP and an X-ray machine. Time resolutions of about 100 ps and efficiencies larger than 90% were obtained for flux densities up to 28 kHz/cm2.     

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.