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高性能带电粒子探测模块的研制

李勇  
【摘要】:近年来,随着放射性次级束流装置的发展,越来越多的不稳定核被制造出。通过放射性束核引起的核反应来研究远离β稳定线非稳定核的奇特核结构和反应机制成为核物理学研究的热点问题。为了在兰州重离子加速器国家实验室(HIRFL)的放射性束流线(RIBLL1)上开展基于完全运动学测量的远离β稳定线奇异核反应机制研究,需要研制一套由多个独立的望远镜系统组成的带电粒子探测阵列。根据对远离β稳定线奇异核核反应产物进行完全运动学测量的要求,并针对碎裂核反应以及弹性散射的特点,以及RIBLL1束流线本身的特点,要求探测器具有很高的性能,如探测器具大的能量测量范围、高能量分辨率和位置分辨、同时具备大立体角覆盖、较小的空间占据和粒子关联测量的能力。 本论文的主要工作有:(1)根据以上讨论的对探测器实验要求,给出了探测器阵列的设计方案:探测器阵列由多个独立的探测器模块组成,每个探测模块为多层望远镜探测系统,包含一块16×16的65μm厚双面硅条探测器,一块4×4的1000μm厚像素硅(Pixel)探测器和由APD读出的4×4的CsI(Tl)阵列探测器。(2)对探测器模块的各组成部分进行实验测试,通过测试获得各部分的实验性能和最佳的工作条件,并为探测器的模拟提供参考依据。(3)对单块CsI(Tl)探测器,CsI(Tl)探测器阵列及整个探测器模块进行Geant4模拟,通过单块CsI(Tl)探测器的模拟与实验测试的比较来验证Geant4模拟的可靠性,并通过CsI(Tl)探测器阵列及整个探测器模块的模拟结果来优化探测器的制作方案,并给出探测器模块的整体性能。 本论文在前两章介绍研究背景和探测器制作的意义,并简单介绍相关探测器的原理以及离子鉴别技术。第三、四、五章主要介绍探测器的设计,测试和模拟工作,最后在第六章做一下简单的总结,并关于进一步工作的方向进行简单讨论。


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