高品质CsI晶体研制及HPLUS谱仪中电磁量能器模拟

在HIRFL-CSRm的强子物理谱仪(HPLUS)中，电磁量能器(EMC)是其非常重要的组成部分之一。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建，主要用于高能γ射线和电子的探测，共需要约1020根晶体单元探测器，总重量约3500～5000公斤。另外，我们还计划在CSRm的外靶实验终端建造一个可测量单个射线、所有射线的能量求和以及多重性的γ球探测器，该探测器预计使用CsI(Tl)晶体，总重量约1700公斤。鉴于近代物理所对CsI晶体的大量需求，我们启动了自行研制大尺寸CsI晶体的计划。目前，我们已经掌握了利用Bridgman晶体生长技术，生长出高品质、大尺寸CsI晶体（~100mm×350mm）的工艺。同时我们也掌握了各种不同尺寸和形状的CsI晶体加工工艺。测试结果表明，自行研制的CsI(Tl)晶体的多项指标均好于其他厂家的同类产品。本论文工作的主要内容有：（1）高品质、大尺寸CsI晶体生长工艺的摸索；（2）自制CsI晶体性能的系统测试，包括：光产额的温度效应、PD/APD读出时的能量分辨(源测试)、表面处理和光输出的关系、包装材料的选择、光输出非均匀性、辐照硬度等，以及自制CsI(Tl)晶体在重离子物理实验中的应用等；（3）基于GEANT4软件包，建立了CsI(Tl)晶体探测器的模拟程序，模拟主要集中在对影响单元探测器性能的因素进行分析，包括：侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型和厚度、提前簇射、晶体光输出非均匀性等。建立了EMC探测器的模拟框架，并通过模拟初步确定了HPLUS中EMC探测单元尺寸和和探测单元数目，为EMC设计的优化以及HPLUS的整体模拟打下了重要的基础