bepc试验束数据采集与处理

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1、中国科学技术大学博士学位论文BEPC试验束数据采集与处理姓名：刘士兴申请学位级别：博士专业：物理电子学指导教师：阴泽杰;张永明20040501中国科学技术大学博士学位论文摘要摘要试验束(TestBeam)是指从直线加速器或储存环上引出的初级束流，或束流打靶后产生的不同种类的次级粒子束流。其功能和用途有：试验探测器的原形、标定或校准探测器、试验实验方案的可行性等。试验束不占用主加速器的应用机时，它是一种寄生模式运行的装置，一般高能加速器都附有一条至几条试验束。寄生在北京正负电子对撞机(BEPC)上的试验束，最初于1984—

2、1989年由电子直线加速器末端引出一条全能量电子束，打靶产生次级粒子并进行测量而形成的。近年来，随着北京谱仪(BES)改进工程的开展，各子探测器的R＆D相继投入工作，对探测器的束流试验也提出了新的要求：在高能所和BEPC国家实验室的共同努力下，2000年8月开始进行试验束的全面改进工作。本论文在调研与分析国际上高能加速器附设试验束的基础上，结合BEPCII及BESIII的改造和升级要求，简要介绍e、7r次级束产生的机理，靶材料的选择，粒子产额估计，并给出了蒙特卡洛模拟计算的结果。初级束流线的分叉延长有两种运行工作模式，其

3、一是在直线加速器末端将束流偏转22度，经过相应的输运系统引入10号厅形成E1束流线专用于慢正电子装置(核分析实验室)；其二是将E1线束流再偏转18．6度，经过输运和聚焦延长至公用靶区，提供l_l—1．8GeV电子或正电子束流给次级束产生靶，通常称作E2线：论述了两种运行模式的束流输运，给出了各自的束流包络图。初级束打靶后产生e、7c等多种次级粒子，次级试验束流(通常称为E3线)在靶的15．4度产生角经过真空管道引出，粒子束经过四极磁铁聚焦和能量分析磁铁偏转，被运输至离靶区更远的位置，得到次级试验束，供给探测器刻度等试验使

4、用。根据不同的实验要求，试验束可以提供不同动量的e、n、u及质子单粒子束流。其次，阐述了次级束单粒子选择的测量与控制方案。用于探测器检验和刻度的试验束，通常是单粒子束，单粒子的选择首先通过硬件进行。不同种类粒子的选择，用飞行时间法(TOF)和契仑科夫(eerenkov)计数器来实现，而粒子的位置信息由多丝正比室(MWPC)描绘。论文给出探测器的设计方案、探测器的结构及其制造工艺要求等，对探测器的性能进行研究并给出参数测试结果，介绍多丝正比室几种函数拟合位置读出和重心位置读出的特点，详细论述阴极感应电荷的重心中国科学技术大

5、学博士学位论文摘要读出法及相关电子学。飞行时间法鉴别粒子是用塑料闪烁计数器区分相同动量、不同种类的粒子。对于间隔时间较短(<2．5ns)的粒子，当动量P>355MeV／c时，用飞行时间法已不能区分出粒子的不同种类．要用阈式气体eerenkov计数器把电子和u子及n介子区分开。多丝正比室用于粒子坐标定位、多重击中事例的去除以及辐射本底的排除；采用阴极感应信号重心读出法确定粒子坐标．三个室提供粒子在三个位置的平面坐标经拟合后给出粒子运动径迹，从而在被刻度的探测器上给出被探测粒子的入射方向和位置。最后，介绍了试验束动量分散的控

6、制方法，提出了单粒子判选在线数据获取的方案，介绍了离线数据分析；包括在线事例的触发和数据获取系统的电子学逻辑的设计，用于触发和获取电荷、时间信息的CAMAC系统及电子学插件的设计与选择。为减小辐射本底的影响，在线数据获取系统的触发信号采用多重符合方法得到。在线数据采集软件使用面向对象的高级语言C++编制，运行于LinuxRedHat8平台图形操作界面下，该软件读取相应插件接收到的探测器数据，并以文本格式存储，以便离线数据分析使用。文中给出了在线数据获取软件流程图，阐述了离线数据分析的方法，给出了离线分析的结果。本论文的工

7、作的意义及创新之处：1、BEPC试验束升级改造工程，拓展了BEPC直线加速器的功能；为BESIII子探测器R&D提供试验束流，并将由此建立起国内在1．55GeV电子直线加速器上第一个粒子试验束站，增强我国高能粒子探测器及粒子物理创新研究能力和开展国际合作研究的实力。2、研制专用多丝正比室以探测粒子的位置信息，研究并应用多丝室阴极感应电荷重心读法，提高了定位精度，大大减少了电子学读出路数。3、研制电荷灵敏前放一主放一体化读出电子学系统及电荷积分ADC数据获取系统。阴极电荷灵敏放大器是对阴极感应电荷量作线性放大，不仅仅是传统

8、意义上的将电荷量转换成幅度信号；相应的数据采集用电荷积分ADC将电荷量数字化，而不用幅度AI)C。这种设计是在国内同类实验中是首次应用，有效克服噪声的影响。II!旦型兰垫查三!三堂堡主堂鱼堡塞垒垒塑垦垒￡!ABSTRACTTestBeamwasdesignedfortheexperimentationwhichnee