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BES Ⅲ 电磁量能器的进展

BES Ⅲ 电磁量能器的进展. 董明义 高能物理所 EMC 2006.10.31. 报告内容 ：. CsI(Tl) 电磁量能器简介 CsI(Tl) 晶体探测器单元组分的质量检测 CsI(Tl) 晶体 硅光二极管 （ PD ） 前放 CsI(Tl) 晶体探测器单元的制作和测试 晶体阵列束流实验 桶部量能器安装准备工作 总结. 简介. 物理要求： 为满足 BESⅢ 的物理目标， BESⅢ 电磁量能器主要是精确测量 γ 和电子的能量和位置信息。

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BES Ⅲ 电磁量能器的进展

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Presentation Transcript

  1. BESⅢ电磁量能器的进展 董明义 高能物理所 EMC 2006.10.31

  2. 报告内容： • CsI(Tl)电磁量能器简介 • CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 CsI(Tl)晶体 硅光二极管（PD） 前放 • CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 • 晶体阵列束流实验 • 桶部量能器安装准备工作 • 总结

  3. 简介 • 物理要求： 为满足BESⅢ的物理目标， BESⅢ电磁量能器主要是精确测量γ和电子的能量和位置信息。 测量能区范围: 20MeV～2 GeV，重点能区< 500MeV。 设计目标： * 能量分辨率: ≤2.5% @ 1GeV *空间分辨率σx,y≤ 6 mm @ 1GeV *提供中性（γ）能量触发 *在能量大于200 MeV的区域具有良好的e/π分辨 *每块晶体读出电子学的等效噪声能量<220KeV

  4. 简介 结构及晶体分布 • 采用CsI(Tl)晶体 吊挂安装结构 Barrel: 120x44=5280 w:21564 kg Endcaps: 2x(96,96,80,80,64,64) =960 w: 4051 kg Total: 6340 w: 25.6 t

  5. 简介 CsI(Tl) 晶体探测器单元结构

  6. Preamplifier Post amplifier Q Module From Detector V M E CLK Analog Sum L1 TEST, DAC L1 reset SCLK, DIN , SCV Buffer full Test Controller Fan-out Trigger CLK L1 L1 reset Buffer full CLK L1 L1 reset Buffer full 简介 读出系统

  7. CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 质量控制流水线

  8. CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 晶体光输出和均匀性测量系统

  9. CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 晶体光输出和均匀性测量结果 • 晶体的反射层为：2×100μ的tyvek+50μ的铝箔 • 要求相对于标准晶体 晶体的光输出：>33% 相当于~5000e/Mev 晶体光输出均匀性：<7% • 小部分晶体的光输出均匀性>7% • 对于小端光输出高的晶体通过局部反射层上画黑线降低小端的光输出 • 对于小端光输出低的晶体通过加入ESR反射膜来提高小端的光输出，加入ESR膜可以使光输出增加~30%

  10. CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 晶体尺寸测量 • 晶体的尺寸公差要求每个侧面为： 0, -200μm长度为：±1mm • 对于侧面尺寸偏差<-400 μm或>150 μm的晶体退回厂家返修, 其余偏差较小的晶体在安装时进行配对

  11. CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 晶体抗辐照性能 • 要求经过1000rads的辐照，晶体的光输出降低: <20% 或者经过100rads的辐照，晶体的光输出降低: <9% • 通过小晶体测试和大晶体抽样测试，大多数晶体的抗辐照性能合格，部分不合格的晶体退回厂家重做 • 法国退回87块，上海退回316块，滨松退回79块

  12. CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 PD质量检测 PD共13200 片，其质量检测包括： • 暗电流和结电容测量：暗电流>6nA不用 • 老化测试：无明显变化 150hrs@70V,65℃ • 光电转换效率： 分为4类，与晶体粘接时配对，同一个晶体的上的两片PD为同一类

  13. CsI(Tl)晶体探测器单元组分的质量检测 前置放大器测量 • 组装时根据增益的大小与不同光输出的晶体配对 • 同一个盒中的两前放差别<3%

  14. CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 分单双号 晶体打孔 反射层上 打光纤孔 晶体端面加 Teflon反射膜 晶体探测器单 元制作流程 安装底板 底板检测 质量控制 解决问题 PD和晶体 粘接 PD和光导 粘接 前放盒检测 安装前放 真空封装 上架储存 宇宙线测量

  15. CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 晶体打孔 PD 光导粘接 PD 晶体粘接

  16. CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 底座安装 前放安装

  17. CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 探测器单元的宇宙线测量系统

  18. 宇宙线测量结果 CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 Light output Uniformity

  19. CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 宇宙线测量与PMT测量结果比较 第一次测量结果 处理有问题的晶体后测量结果

  20. CsI(Tl)晶体探测器单元的制作和测试 晶体光输出不均匀性分布 • 桶部晶体探测器单元已经完成5100多块，还有100块左右

  21. 光纤监测系统 • 主要监测晶体光输出参数随时间的变化和电子学主放在各个量程的线性。 • 光脉冲等效能量：4Mev~2.GeV可调，满足电子学3个量程，每次每块晶体从低到高扫描几个能量点 • 76个LED单元分8组并行工作，每组9或10个LED单元顺序工作，10分钟扫描一次/天 光脉冲频率: 300Hz • 系统不稳定性为：0.5% 加温度离线修正后可达0.3% • 目前已完成同步LED单元制作和测量

  22. 光纤监测系统 光纤不均匀性：8.2% 系统长期不稳定性：0.27%

  23. CsI(Tl)晶体阵列束流实验 实验系统 • 采用36块晶体(33#-38#各6块)组成6x6晶体阵列 • 电子学为最后版本，VME读出。 • 在高能所的E3束上进行 电子：400～1000MeV； 混合束：700MeV 好事例率： ～1Hz

  24. CsI(Tl)晶体阵列束流实验 中心3*3晶体的能量信息 中心3*3晶体的时间信息

  25. 能量分辨率 CsI(Tl)晶体阵列束流实验 1GeV能量分辨率：2.58%—3×3(上) 和2.67%—5×5(下)

  26. 位置分辨率 CsI(Tl)晶体阵列束流实验 • 图中横坐标为晶体判断的击中位置和定位丝室给出的位置之差 • 粒子击中晶体的位置，由如下公式给出：Xcry=(ΣiW(Ei)Xi)/ (ΣiW(Ei)) 其中 W(Ei) = Max[0, 4.0+ln(Ei/Ebump)] ，Xi为晶体的位置 X方向空间分辨 率：5.54mm Y方向空间分辨率：5.61mm

  27. CsI(Tl)晶体阵列束流实验 束流实验总结 • 空间分辨率完全达到设计要求：(<6mm@1GeV) • CsI(Tl)晶体的时间信息可以用于排除明显的噪声信号从而提高电磁量能器的运行参数 • 能量分辨率比设计要求(<2.5%)稍低，主要受以下因素影响： *束流本底的影响 *束流的动量不确定性（空间分布和时间漂移） *温度效应

  28. 桶部量能器的安装准备工作 • 桶部有44圈晶体组成，每圈120块晶体 • 安装时采用轴向安装方式，每根钢梁吊挂两排88块晶体，44圈晶体每圈的两块晶体在一根钢梁上 • 桶部有60根钢梁，晶体的安装以钢梁为单位，对称安装 Along Axis direction: 44circles×2modules/super module: AlongΦdirection: 60super modules The cross section of the barrel

  29. 桶部量能器的安装准备工作 • 晶体的安装过程比较复杂，经过长时间的反复的安装实验和仔细的研究，已建立一套行之有效的安装操作流程 • 刚开始使用假晶体和模型安装槽进行安装实验，多次模拟了整个安装过程，包括晶体的摆放，L型连接板，电缆，冷却水管，以及检测光纤的安装，摸索经验。 • 后采用真晶体进行试安装，也取得了比较好的安装效果 • 9月份量能器机械结构已到，两个安装槽也已经到位，目前在正式的安装操内刻度定位，试装晶体，找到并解决了新槽内安装的一些问题，第一批晶体的试装已经成功完成，并取得了比以往更满意的安装效果。 • 第一根钢梁的安装正在启动。

  30. 桶部量能器的安装准备工作

  31. 桶部量能器的安装准备工作

  32. 总结 • 桶部晶体，PD，前放已全部到货，端盖晶体已到货约800块。 • 完成了所有的桶部晶体、 PD、前放的质量检测 • 完成了5100多块桶部晶体探测器单元制作和宇宙线测试，还有约100块 • 做了大量的安装实验和安装准备工作及安装人员的培训，制定一套较成熟的安装流程 • 量能器机械结构已经到位，第一根钢梁的试安装工作正在进行，计划2根钢梁/ 3~4天。

  33. 谢 谢！

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