大面积闪烁光纤阵列探测器的在束测试

利用70 AMeV26Mg初级束流及其产生的次级束流,在兰州重离子加速器放射性次级束流线(RIBLL)终端测试了大面积闪烁光纤阵列探测器(LASFA)探测单元的时间分辨和位置分辨能力。利用70 AMeV26Mg初级束流测试得到的时间分辨约为128 ps,对应的位置分辨约为10 mm;利用次级束流测试得到的时间分辨约为158 ps,对应的位置分辨约为13 mm,具有很好的时间分辨和空间角分辨能力。结合RIBLL的ΔESi探测器,给出了ΔESi-TOF二维谱,并将测试结果与RIBLL的粒子鉴别系统进行详细比较。结果表明,大面积闪烁光纤阵列作为轻带电粒子的飞行时间终止探测器,性能优于RIBLL上采用的时间拾取探测器,可更清楚地鉴别次级束流。

CSR外靶实验终端大型探测器读出电子学研制

兰州重离子加速器-冷却储存环外靶实验终端大型探测器中子墙和TOF墙分别共有504个和360个通道用于测量中子和带电粒子的飞行时间,需要高精度时间测量的读出电子学系统。研制的8通道读出电子学模块采用了前沿定时的时间测量方法、基于TOT技术的电荷测量方法和PXI总线平台,电子学测试结果显示时间测量精度好于25ps。

兰州重离子加速器冷却储存环

兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR,是一个多用途、多功能的双冷却储存环同步加速器系统,由主环CSRm和实验环CSRe构成,并以兰州重离子级联回旋加速器HIRFL作注入器。CSR利用高频变谐波的方法,将重离子束的能量从7~25 MeV/u同步加速到200~1 000 MeV/u,同时利用重离子储存环中空心电子束冷却技术将束流品质提高1个数量级,并通过储存环的快引出及慢引出,提供多种类的重离子束以及放射性次级束(RIBs),以开展范围更广精度更高的物理实验。该装置于2007年投入运行,已取得了重要的运行结果,如实现了剥离注入与多圈注入、空心电子束对重离子束的冷却与累积、变谐波宽能区同步加速、等时性环型谱仪、RIBs的产生收集与ToF高分辨质量测量以及高能重离子束的变能慢引出等。

高离化态S~(q+)与H_2碰撞中H_2~(r+)的库仑爆炸及解离过程研究

采用位置灵敏探测器和散射离子 反冲离子飞行时间技术测量了 90 0keV的Sq + +H2 碰撞产生的H+ 碎片的能量分布 ,实验表明部分Hr+ 2 发生解离。基于蒙特卡罗方法 ,建立了程序模拟离子与分子碰撞中的反冲离子飞行时间谱。模拟结果与实验 (S2 + +H2 ,S2 + +He)测量到的TOF谱进行了分析比较 ,并进行了定性讨论。

离子原子碰撞过程中反冲离子飞行时间谱的蒙特卡罗模拟研究

基于蒙特卡罗方法 ,建立了程序模拟离子与原子碰撞中的反冲离子飞行时间谱。模拟入射离子束的空间密度分布 ,原子束密度的空间分布 ,靶原子的初速度分布 ,根据反应几率产生不同电荷态反冲离子 ,并求出反冲离子飞行时间后 ,对每次模拟事件根据飞行时间进行累计 ,就得到反冲离子的飞行时间谱。模拟结果与实验 (Ar12 + -Ar)测量到的TOF谱进行了分析比较 ,并进行了定性讨论。

β~+延发粒子衰变的一种在束测量方法

报道了一种在束测量β+ 延发粒子的方法。由新建成的兰州放射性次级束流线 (RIBLL )提供的2 0 Na次级束 ,利用飞行时间 (TOF)和能损 (ΔE)符合的方法实现 2 0 Na次级束流的在束鉴别与调制。将数据获取过程分为有束和停束两个获取时段 ,分别完成对次级束流和β+ 延发粒子的记录。同时利用脉冲发生器和计数器实现2 0 Na延发粒子衰变半衰期的测量

一种用于RIBLL粒子鉴别的纵向场分条阳极双叠层电离室

描述了一种用于RIBLL粒子鉴别的阳极分别在X、Y方向分条 ,共用阴极 ,纵向场双叠层气体电离室的结构和工作原理。用 3组分α源对电离室进行能量刻度得到其相对能量分辨对2 4 1Amα源约为 3.4 9%。通过在RIBLL上测量 80MeV/u2 0Ne +58Ni反应次级产物碎片 ,得到ΔE与TOF两维分布图 ,并根据粒子鉴别原理测得A/Z =2时的Z分布和Ne、O、N、C的同位素分布。

中能核反应的余核测量与分布性质

报道了 30 Me V/u4 0 Ar+112 ,12 4 Sn反应中余核的测量方法和结果。对反应中的余核、裂变碎片以及类弹粒子在平行板雪崩计数器中的不同响应以及各自的几何探测效率进行了 Monte- Carlo模拟。利用平行板雪崩计数器 ,通过 TOF-ΔE的关联成功地鉴别了余核 ,并得到了反应的线性动量分布 ,余核的分布与模拟计算的结果基本一致

RIBLL中粒子鉴别探测器

描述了RIBLL上使用的飞行时间探测器、ΔE探测器和能量探测器。通过它们可以获得反应产物的飞行时间、ΔE和能量 ,从而达到粒子鉴别的目的。并对在RIBLL上实际调束得到的实验结果进行分析 ,验证了这些探测器的可靠性

质子滴线区新核素~(25)P的鉴别

在兰州放射性束流装置 RIBLL上 ,利用磁刚度 Bρ、飞行时间 t TOF和多重望远镜ΔE- E联合探测方法测量了 69Me V/u36Ar轰击 Be靶产生的 P同位素碎片的同位素分布 ,并与 EPAX经验公式的计算结果进行了比较 ,在质子滴线区首次鉴别出了新核素 2 5P.

Multi-strip MRPCs for FOPI

During the last years FOPI has developed a new ToF system as an upgrade of the existing detector based on Multi-strip Multi-gap Resistive Plate Chambers (MMRPCs). The intention is to increase the charged Kaon identification up to a laboratory momentum of 1 GeV/c and to enhance the azimuthal detector granularity. The new ToF barrel has an active area of 5 m(2) with 2400 individual strips (900 x 1.6 mm(2)) [A. Schuttauf, et al., Nucl. Phys. B 158 (2006) 52] which are read out on both sides by a custom designed electronics [M. Ciobanu, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-54 (4) (2007) 1201; K. Koch, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-52(3) (2005) 745]. To reach the envisaged goal a time resolution of 100 ps is needed, at a flight path of 1-1.3 m. Due to the rare production of the K- at SIS energies the efficiency of the MMRPCs has to be above 95%. We report on measurements with the detectors and electronics from the mass production line. For this purpose we used a proton beam at 2.0 and 1.25 GeV, at rates between 0.1 and 5 kHz/cm(2) to determine the timing, efficiency and rate capability of the MMRPCs

Advance in in-beam PET

Tumor radiotherapy was a promising modality and over 100 years. Beams of heavy-charged particles show high RBE advantages and become the optimum tool for tumors therapy. Newly, along with the development of accelerators, scintillators, micro-electronics and computers, the heavy ion tumor therapy has been recognized more and developed.

中子墙探测器前端电子学研究

随着国家大科学工程兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)建成，CSRm实验探测系统也正在建设当中。CSRm实验探测系统由外靶系统和内靶系统构成。外靶系统主要有γ探测器、多丝漂移室（MWDC）、ToF墙(ToF Wall)、中子墙（Neutron Wall）等探测器组成，主要用于核物理研究。其中，用于探测中子的中子墙探测器是外靶系统中的一个重要组成部分，它有252个探测单元，每一个探测器单元都要求既有很好的能量分辨，也要有很好的时间分辨，同时还要求数据获取率达到每秒几千个事件。对于这样先进的探测器和大型实验探测系统采用传统的电子学仪器和方法已经无法构成读出电子学系统，建造与之相配的读出电子学系统是极为重要的和亟待解决的工作。为此，我们设计研发适合于中子墙探测器这样的大型闪烁体探测器的前端电子学读出系统。包括三大部分：16道电荷幅度转换电路（QAC），16道时间幅度转换电路（TAC）和有效信号判断电路。本论文的主要内容如下：在第一章绪论中，介绍了论文课题的出发点以及课题的意义，并对课题的背景进行了介绍。第二章介绍我们所自行设计的中子墙探测器的特点、结构。分析了中子墙探测器的输出信号的特点以及对后续前端电子学读出系统的要求。第三章是本论文两大核心部分之一，是本论文的创新点所在。主要介绍了我们电荷幅度转换的新方法，结合通常的QAC电路方法和具体的实际情况，我们自行提出了一种新的QAC电路，包括以下几个部分：差分输入电路、电流分割、上下恒流源、门控电流积分器。我们的创新点在于，我们用上下恒流源分别代替了通常QAC中作为电流分配的电流镜像和作为电流基准的电阻，这样一来更容易得到比较稳定的偏置电流，从而能够得到更高的转换精度。第四章是本论文的另外一个核心部分，首先我们论述了核电子学时间测量的几种方法，在对它们进行对比后，结合中子墙的实际特点，我们确定了采用起停型的TAC方法。然后介绍了TAC的原理，以及具体的电路结构。第五章主要的内容是对我们整个电路的逻辑电路进行了详细的介绍，它包括16道QAC和16道TAC的积分控制信号和泄放控制信号的产生电路以及有效信号判断电路。详细论述了这些逻辑关系以及如何在CPLD实现，并且给出了仿真结果。第六章详细讨论了我们在设计PCB板时遇到的问题及其解决方法。第七章介绍了多路QAC和多路TAC主要指标及其测试方法、步骤、结果并给出了误差分析。在总结部分我们回顾了我们整个工作的过程，介绍了论文的主要成果和创新点以及对于整个CSR工程的意义。本论文的创新点： 1、提出了一种新型的QAC电路。 2、将16道QAC和16道TAC以及有效信号判断电路集成在一个插件中提高了电路的集成度，并为最终集成在一片ASIC芯片中打下坚实的基础。 3、用可编程逻辑器件代替ECL器件来构建逻辑电路，降低了功耗和成本并提高了系统的可靠性

电荷测量与时序逻辑电路的研究

中国科学院近代物理研究所大科学工程HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）已建成并处于调试和验收阶段，实验探测系统也正在建设当中。CSRm实验探测系统由外靶系统和内靶系统构成，主要用于核物理实验研究。CSRm TOF测量系统是现阶段CSRm实验探测系统的主要任务之一。 针对CSRm TOF测量系统电荷测量部分，论文阐述了一种采用前端ASIC-SFE16（Saclay Front End 16）芯片实现电荷测量的新型方法。它替代了采用分立元件和电子学插件构建系统的传统方法，着重解决了近代核物理实验中越来越突出的多路多道需求和高性能指标要求。根据我所多丝漂移室探测器的实际情况，我们设计了基于ASIC芯片的电荷测量前端电路板，结合中国科技大学的时间测量数字获取板，我们初步完成了对系统软硬件的测试，给出的实验室性能测试指标，为其在实验探测系统中的应用奠定了坚实的基础。 同时为了选出测量中的有用事例，需要进行事例判选，因此我们研制了多路延迟/脉宽调节时序逻辑电路，主要功能是针对提供的多路逻辑时序信号进行延迟和脉宽调节，支持NIM负信号输入和输出。 文中最后一部分论述了根据在调试过程中出现的实际问题所提出的解决方法，主要是针对电路的可靠性设计和噪声的处理

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