闪烁探测器 PPT课件.ppt
2005年9月12月 合肥1一、一、射线测量射线测量 射线是单能，但不能直接被记录，而射线是单能，但不能直接被记录，而是通过三种效应产生次级电子间接被记是通过三种效应产生次级电子间接被记录。所以单能录。所以单能 射线能谱除了峰之外还有射线能谱除了峰之外还有较大的连续谱。较大的连续谱。5-5 闪烁探测器的应用闪烁探测器的应用2005年9月12月 合肥2全能峰全能峰n n 射线能量射线能量射线能量射线能量1.5MeV1/n)2005年9月12月 合肥36BEPC TOF2005年9月12月 合肥37Endcap TOFThe Endcap TOF（ETOF）of Beijing Spectrometer(BESIII)is consisted of 2*48 pieces of trapezoidal scintillator(BC408).Its main physics goal is to realize the separation at momentum up to 1Gev/c,and the intrinsic time resolution reach to 80ps.800 966 1676 2005年9月12月 合肥38Beam test T-A correlationT-P correlation The time distribution after T-A and T-P correctedX-directionY-direction2005年9月12月 合肥39 Test Results The primary results show that the time resolution of ETOF with Tyvek paper wrapped is between 75-90 ps.2005年9月12月 合肥40高时间分辨高时间分辨TOF对物理研究的重要意义对物理研究的重要意义MRPC TOF+TPC clean e ID down to 0.2 GeV/c Prototype modules met allperformance specs in the STARenvironment and producedimportant physics on PIDdCronin EffectProposal reviewed and approved bySTAR and BNL Management Submitted to DOE2005年9月12月 合肥41Summary of TOF calibration Time Resolution(ps)200GeV d-AU200GeVpp62 GeVAu-Au200GeVAu-Au200GeVAu-AuHalf Field TOF1201601058582 pVPD85140552520 MRPC8580898180(包含电子学的时间晃动和径迹、动量测量等探测器因素)Operation conditions Operation conditionsTime Resolution(ps)Time Resolution(ps)pVPDpVPDTOFr TOFr(overall)(overall)TOFr TOFr(intrinsic)(intrinsic)Run IIIRun III200GeV d+Au200GeV d+Au85851201208585200GeV p+p200GeV p+p1401401601608080Run IVRun IV62GeV(Au+Au)62GeV(Au+Au)55551051058989200GeV 200GeV(Au+Au)(Au+Au)FF/RFF,w/o FF/RFF,w/o E pVPDE pVPD404096968686FF/RFFFF/RFF272786868282HFHF202082828080Run VRun V200GeV Cu Cu (ToT)200GeV Cu Cu (ToT)50 50105105929262GeV Cu Cu (ToT)62GeV Cu Cu (ToT)82 821251259494TOFr performance2005年9月12月 合肥432、高能全吸收量能器、高能全吸收量能器n n测量高能粒子的能量。测量高能测量高能粒子的能量。测量高能测量高能粒子的能量。测量高能测量高能粒子的能量。测量高能 射线和射线和射线和射线和电子的电子的电子的电子的电磁簇射量能器；测量强子电磁簇射量能器；测量强子电磁簇射量能器；测量强子电磁簇射量能器；测量强子的的的的强子簇射量能器。强子簇射量能器。强子簇射量能器。强子簇射量能器。n n完全由闪烁体组成，可以是整块的，最完全由闪烁体组成，可以是整块的，最完全由闪烁体组成，可以是整块的，最完全由闪烁体组成，可以是整块的，最大的大的大的大的NaI(Tl)NaI(Tl)晶体晶体晶体晶体 750250750250；也可以是小；也可以是小；也可以是小；也可以是小块拚起来，两块块拚起来，两块块拚起来，两块块拚起来，两块 750250 750250 迭成迭成迭成迭成 750500 750500，每个长，每个长，每个长，每个长500500，边长，边长，边长，边长7575的的的的NaI(Tl)NaI(Tl)晶体，晶体，晶体，晶体，1 1、7 7、1919等组合成任意大截面。等组合成任意大截面。等组合成任意大截面。等组合成任意大截面。n n取样型：由簇射介质和探测器灵敏层相取样型：由簇射介质和探测器灵敏层相取样型：由簇射介质和探测器灵敏层相取样型：由簇射介质和探测器灵敏层相间组成。间组成。间组成。间组成。n n电磁量能器常用高电磁量能器常用高电磁量能器常用高电磁量能器常用高Z Z、小、小、小、小X X0 0的的的的PbPb做吸收做吸收做吸收做吸收体以压缩体积。体以压缩体积。体以压缩体积。体以压缩体积。n n强子量能器常用强子量能器常用强子量能器常用强子量能器常用FeFe或或或或CuCu做吸收体。做吸收体。做吸收体。做吸收体。2005年9月12月 合肥44取样型簇射计数器取样型簇射计数器 取样型簇射计数器的几种单元结构取样型簇射计数器的几种单元结构a.簇射介质与塑料闪烁体夹层式。簇射介质与塑料闪烁体夹层式。b.簇射介质与多丝室夹层式。簇射介质与多丝室夹层式。c.液氩电离室型。液氩电离室型。2005年9月12月 合肥45Energy loss by Bremsstrahlung(charge particles)Energy loss by ionization only for e 电磁簇射电磁簇射 Electromagnetic Shower辐射长度辐射长度Xo：高能电子由于韧致辐射损失能量，其平均能量减小到高能电子由于韧致辐射损失能量，其平均能量减小到原初能量的原初能量的1/e时所通过介质的平均厚度。近似有：时所通过介质的平均厚度。近似有：2005年9月12月 合肥46Material Z A X0(cm)I(cm)Tungsten 74 184 0.35 10.3Lead 82 207 0.56 17.1Copper 29 63.5 1.44 15.1Iron 26 56 1.77 16.8Silicon 14 28 9.4 45.5Al 13 27 8.9 39.4C 6 12 19 38.1He(gas)2 4 5.3E5 3.6E52005年9月12月 合肥47Why Crystal Calorimeter n nPhotons and electrons are fundamental Photons and electrons are fundamental particles for the SM and new physics.particles for the SM and new physics.n nPerformance of a crystal calorimeter is well Performance of a crystal calorimeter is well understood:understood:uuGood energy,position and photon angular Good energy,position and photon angular resolution;resolution;uuGood e/photon identification and Good e/photon identification and reconstruction efficiency;reconstruction efficiency;uuGood missing energy resolutions;Good missing energy resolutions;uuGood jet energy resolution with energy flow.Good jet energy resolution with energy flow.2005年9月12月 合肥48BaBar CsI(Tl)ResolutionA crystal calorimeter at low energiesGood light yield of CsI(Tl)provides excellent energy resolution at low energiesM.Kocian,SLAC,CALOR2002M.Kocian,SLAC,CALOR20023-9 GeV,12h3-9 GeV,12h 0.03-3 GeV 0.03-3 GeV0.00613 GeV,1/2h0.00613 GeV,1/2h6580 CsI(Tl)2005年9月12月 合肥49L3 BGO ResolutionContribution Contribution“RadiativeRadiative”+Intrinsi+Intrinsic c TemperatureTemperatureCalibration Calibration OverallOverallBarrelBarrel0.8%0.8%0.5%0.5%0.5%0.5%1.07%1.07%EndcapsEndcaps0.6%0.6%0.5%0.5%0.4%0.4%0.88%0.88%12k BGO2005年9月12月 合肥50CMS PWO ResolutionDesigned Resolution77k PWO2004 Beam TestResolutionMonitoring2005年9月12月 合肥51Summary of Crystals for HEPCrystalCrystalNaI(Tl)NaI(Tl)CsI(Tl)CsI(Tl)CsICsIBaFBaF2 2BGOBGOPbWOPbWO4 4LSO(Ce)LSO(Ce)GSO(Ce)GSO(Ce)Density(g/cmDensity(g/cm3 3)3.673.674.514.514.514.514.894.897.137.138.38.37.407.406.716.71Melting Point (Melting Point (C)C)6516516216216216211280128010501050112311232050205019501950Radiation Length(cm)Radiation Length(cm)2.592.591.851.851.851.852.062.061.121.120.90.91.141.141.371.37MoliMoli re Radius(cm)re Radius(cm)4.84.83.53.53.53.53.43.42.32.32.02.02.32.32.372.37Interaction Length(cm)Interaction Length(cm)41.441.437.037.037.037.029.929.921.821.8181821212222Refractive Index Refractive Index a a1.851.851.791.791.951.951.501.502.152.152.22.21.821.821.851.85HygroscopicityHygroscopicityYesYesSlightSlightSlightSlightNoNoNoNoNoNoNoNoNoNoLuminescence Luminescence b b(nm)(nm)(at peak)(at peak)410410560560420420310310300300220220480480560560420420420420440440Decay Time Decay Time b b(ns)(ns)2302301300130035356 66306300.90.93003005050101040406060Light Yield Light Yield b,cb,c(%)(%)10010045455.65.62.32.321212.72.713130.10.10.60.675753030d(LY)/dT d(LY)/dT b b(%/(%/C)C)000.30.3-0.6-0.6-2-200-1.6-1.6-1.9-1.9-0.3-0.3-0.1-0.1ExperimentExperimentCrystal Crystal BallBallCLEO CLEO BaBar BaBar BELLEBELLEBES IIIBES IIIKTeVKTeVTAPSTAPS(L*)(L*)(GEM)(GEM)L3L3BELLEBELLEPANDA?PANDA?CMSCMSALICEALICEPANDA?PANDA?BTeVBTeV-a.at peak of emission;b.up/low row:slow/fast component;c.measured by PMT of bi-alkali cathode.2005年9月12月 合肥52Sudbury Neutrino Observatory（加拿大）（加拿大）n n e e+d+dp+p+ep+p+e-(CC)(CC)n n x x+d+dp+n+p+n+x x(NC)(NC)n n x x+e+e-x x+e+e-(ES)(ES)探测器在地下探测器在地下探测器在地下探测器在地下6010m,126010m,12米米米米直径的容器内装直径的容器内装直径的容器内装直径的容器内装10001000吨超吨超吨超吨超纯重水。由纯重水。由纯重水。由纯重水。由94569456个个个个20cm 20cm PMTPMT组成成像组成成像组成成像组成成像CerenkovCerenkov探探探探测器测器测器测器2005年9月12月 合肥53超级神岗探测器超级神岗探测器在在1000米地下，米地下，50000吨高纯水，吨高纯水，13000个个PMT2005年9月12月 合肥54小结小结n n闪烁计数器时间快，效率高，能探测各种类型的带电闪烁计数器时间快，效率高，能探测各种类型的带电闪烁计数器时间快，效率高，能探测各种类型的带电闪烁计数器时间快，效率高，能探测各种类型的带电粒子，也能探测中性粒子（如中子和粒子，也能探测中性粒子（如中子和粒子，也能探测中性粒子（如中子和粒子，也能探测中性粒子（如中子和 射线）。既能测射线）。既能测射线）。既能测射线）。既能测量粒子的数目，又可以测量粒子的能量，是应用极其量粒子的数目，又可以测量粒子的能量，是应用极其量粒子的数目，又可以测量粒子的能量，是应用极其量粒子的数目，又可以测量粒子的能量，是应用极其广泛的探测器之一。广泛的探测器之一。广泛的探测器之一。广泛的探测器之一。n n塑料闪烁体发光衰减时间只有塑料闪烁体发光衰减时间只有塑料闪烁体发光衰减时间只有塑料闪烁体发光衰减时间只有1 1几个几个几个几个nsns，允许应用于，允许应用于，允许应用于，允许应用于高计数率。结构简单，可以加工成不同形状，面积可高计数率。结构简单，可以加工成不同形状，面积可高计数率。结构简单，可以加工成不同形状，面积可高计数率。结构简单，可以加工成不同形状，面积可以做得很大，可以在强以做得很大，可以在强以做得很大，可以在强以做得很大，可以在强 本底下工作，价格便宜，有较本底下工作，价格便宜，有较本底下工作，价格便宜，有较本底下工作，价格便宜，有较好的机械强度，因此在高能物理实验中被大量使用，好的机械强度，因此在高能物理实验中被大量使用，好的机械强度，因此在高能物理实验中被大量使用，好的机械强度，因此在高能物理实验中被大量使用，用作触发计数器、飞行时间谱仪、计数器望远镜等，用作触发计数器、飞行时间谱仪、计数器望远镜等，用作触发计数器、飞行时间谱仪、计数器望远镜等，用作触发计数器、飞行时间谱仪、计数器望远镜等，进行粒子触发、位置测量、飞行时间测量等。进行粒子触发、位置测量、飞行时间测量等。进行粒子触发、位置测量、飞行时间测量等。进行粒子触发、位置测量、飞行时间测量等。n n闪烁探测器在核物理实验、粒子天文学、核医学、地闪烁探测器在核物理实验、粒子天文学、核医学、地闪烁探测器在核物理实验、粒子天文学、核医学、地闪烁探测器在核物理实验、粒子天文学、核医学、地质探测和工业成像等领域应用十分广泛。质探测和工业成像等领域应用十分广泛。质探测和工业成像等领域应用十分广泛。质探测和工业成像等领域应用十分广泛。
