Fast simulation of the forward tracking detector of HPLUS

The necessity of installing a forward tracking detector stack is discussed for the Hadron Physics LanzhoU Spectrometer(HPLUS). A local tracker is developed to solve the multi-track finding problem. The track candidates are searched iteratively via Hough Transform. The fake tracks are removed by a least square fitting process. With this tracker we have studied the feasibility of pp -> pp + phi(-> K+K-), a typical physical channel proposed on HPLUS. The single track momentum resolution due to the uncertainty of the positioning in FTD is 1.3%. The multiple scattering effect contributes about 20% to the momentum resolution in the FTD coverage. The width and the signal-to-background ratio of the reconstructed phi are 1.51 MeV and 4.36, respectively, taking into account the direct Kaon channel pp -> pp + K+K- as background. The geometry coverage of FTD for phi events is about 85.4%. Based on the current fast simulation and estimation, the geometrical configuration of FTD meets the physical requirement of HPLUS under the current luminosity and multiplicity conditions. The tracker is applicable in the full simulation coming next and is extendable to other tracking component of HPLUS.

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

HPLUS电磁郎能器的初步设计

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，其性能将直接影响CSR上强子物理实验的水平。计划中的电磁量能器将使用CsI(Tl)晶体搭建，主要用于探测来自于强子碰撞中的高能光子和电子。中科院近代物理研究所已经完全掌握了高品质、大尺寸(~F100mm×350mm) CsI(Tl)晶体的生长和加工工艺。测试结果表明，近代物理所自行生长的CsI(Tl)晶体的多项指标都明显优于其他厂家的同类产品。目前，使用自行生长的CsI(Tl)晶体制作的探测器在实验中已得到很好的应用，表现出优良的性能。为优化HPLUS的设计，需要进行大量的Monte Carlo模拟计算，包括物理事例产生器的建立、子探测器的设计及其响应、数据的输出等。目前基于GEANT4的HPLUS模拟软件包正在建立中。EMC是HPLUS的子探测器之一，相应的模拟模拟程序也在建立中。本论文的工作的主要内容包含两个方面： (1)自行生长的CsI(Tl)晶体性能系统测试。包括：能量分辨水平、光输出对温度的依赖关系、辐照硬度以及大尺寸晶体的光输出均匀性等。 (2)为HPLUS的EMC探测器搭建了初步的模拟框架。基于GEANT4软件包，建立了EMC的模拟程序，并对EMC prototype探测器的设计进行了初步模拟，如：侧面泄露、尾部泄露、包装材料的类型、提前簇射等，确定了prototype探测器的尺寸和阵列数，为prototype探测器的设计提供参考依据；对CsI(Tl)晶体单元探测器的光学效应也做了相应的模拟，包括晶体的表面处理和几何形状对闪烁光收集的影响等，并在实际工作中指导了晶体的表面处理

HPLUS前角区径迹探测器的设计和模拟

在HIRFL-CSR上筹建的兰州强子谱仪（HPLUS）中，前角区径迹探测器（FTD）对于粒子鉴别以及系统的触发都是非常重要的部分之一。计划中的FTD是由五块平面型的多丝漂移室组成，主要用来测量在前角区出射的带电粒子的径迹 （和能损），实现粒子动量测量和粒子鉴别，而联合其它探测器（如TOF和TPC）则可能提高由于取样数限制的粒子鉴别。实现探测器构型的优化和对拟建装置上物理目标的可行性预研是模拟工作的重要目的。快模拟是对拟建装置进行快速优化的有效方法。在Geant4环境对拟建装置的细致模拟，是进一步优化探测器结构、充分的估计探测器整体性能的必要步骤，为将来的谱仪的制造和可能的物理实验提供可靠的参考。 本论文的主要工作包括以下两个方面。（1）在HPLUS概念设计的基础上，发展了局域化的多径迹查找和径迹重建算法，对产物在前角区分布的典型反应道pp→pp+φ(→K+K-)进行了可行性预研，得到FTD对φ的几何覆盖率为83.5%，由于漂移室空间分辨对的动量分辨的贡献为1.3%，并在考虑了本底道pp→pp+K+K-的影响下，重建了φ的不变质量谱，得到φ峰宽度和信噪比分别为1.51MeV和4.36。在考虑到前角区径迹探测器的占有空间和探测要求的情况下对HPLUS构型做出了一定的优化，为全模拟提供了一组FTD参数。（2）基于快模拟得到的参数和参考了PANDA探测器漂移室的情况下，完成了FTD的初步设计并对其中的物质分布进行了预算，通过经验公式得到FTD的空间分辨和多次散射对K+动量分辨的贡献为1.34%和0.34%。在HPLUS模拟平台上，用GDML语言完成了对前角区径迹探测器的构建

Hadron physics programs at HIRFL-CSRm: Plan and status

An internal target experiment at HIRFL-CSRm is planned for hadron physics, which focuses on hadron spectroscopy, polarized strangeness production and medium effect. A conceptual design of Hadron Physics Lanzhou Spectrometer (HPLUS) is discussed. Related computing framework involves event generation, simulation, reconstruction and final analysis. The R&D works on internal target facilities and sub-detectors are presented briefly.

STATUS AND PROSPECTS OF HIRFL EXPERIMENTS ON NUCLEAR PHYSICS

HIRFL is an accelerator complex consisting of 3 accelerators, 2 radioactive beams lines, 1 storage rings and a number of experimental setups. The research activities at HIRFL cover the fields of radio-biology, material science, atomic physics, and nuclear physics. This report mainly concentrates on the experiments of nuclear physics with the existing and planned experimental setups such as SHANS, RIBLL1, ETF, CSRe, PISA and HPLUS at HIRFL.