高性能小型带电粒子探测阵列的研制

随着核物理理论研究和各种先进探测设备研制工作的不断深入,世界各大实验室相继建立了各具特色的放射性束装置,放射性束物理得到了长足的发展。在放射性束引起的核反应实验上,要得到更加精确的非稳定原子核的结构信息和反应机制，需要对反应产物实现完全运动学测量,这就要求位置分辨和能量分辨更精确的探测器装置。高性能小型带电粒子探测阵列是基于△E-E粒子鉴别方法,采用位置分辨精确的双面硅微条作为△E探测器,用阻止本领大的BGO晶体阵列作为E探测器,来测量反应产物的能量分辨和角分布,从而进行带电粒子的鉴别。 Geant4是由欧洲核子中心(CERN)开发的一个大型高能物理探测器模拟程序，是采用当代先进的面向对象程序设计技术利用C++语言编写的。我们基于该模拟工具,对探测器分辨随能量的变化情况、粒子斜入射对探测器分辨的影响情况、晶体厚度变化对分辨的影响情况以及与阻止相同能量的CsI晶体分辨情况等进行了一系列的模拟对照。 本论文工作的主要内容有:首先,介绍了探测器的研制及测试过程。该探测器用一块双面硅微条作为△E探测器,用64块BGO晶体阵列作E探测器。晶体阵列采用一块64单元位置灵敏的光倍管读出信号。该探测器具有体积小，死区小,位置分辨好等优点。其次,根据探测器在实验中可能遇到的问题,我们利用Geant4系统的模拟了晶体尺寸变化对分辨的影响情况；晶体分辨随能量升高的变化情况及粒子斜入射对晶体分辨造成的影响等，从而为探测器选用合适尺寸的晶体提供了很好的参考。模拟结果显示，晶体分辨随着能量升高而变好,这为选用BGO晶体作为带电粒子探测阵列提供了很好的参考；粒子斜入射会对分辨造成一定的影响，并从三维图上显示了粒子的踪迹，这为今后实验数据处理提供了很好的参考；与CsI晶体位置分辨和能量分辨作了对照模拟，模拟结果显示，随着带电粒子能量的增加BGO分辨逐渐与CsI晶体接近，并且角分辨会比CsI晶体好，从而得出BGO晶体用来作带电粒子探测阵列的独特优势。最后，针对以后的工作方向作了简单的讨论