專利名稱：一種提高電磁量能器能量分辨率的碘化銫晶體陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高能粒子物理技術，特別是涉及一種用于提高電磁量能器能量分辨率的碘化銫(CsI)晶體陣列。
背景技術：
電磁量能器作為正負電子對撞機對撞點的關鍵設備，功能是測量電子和Y光子的能量和位置信息。目前的電磁量能器是氣體取樣型簇射探測器，由鉛層和氣體管組成，為了進一步提高能量分辨率，采用碘化銫晶體建造全新的電磁量能器是一種可行的技術思路。能量分辨率是量能器最重要的技術指標之一。依據(jù)物理學的原理可知，正電子和負電子加速后以光速運動，在探測器內(nèi)發(fā)生碰撞，由湮滅產(chǎn)生新的粒子，衰變產(chǎn)生次級粒子，要探測到真實的衰變過程，防止這些粒子在衰變過程中和探測器中的結構物質(zhì)發(fā)生碰撞，因此，要求探測器在滿足強度和剛度的前提下，結構材料的物質(zhì)量越少越好，因此，碘化銫晶體探測單元(以下簡稱晶體單元或CsI晶體)前端物質(zhì)越少，量能器的能量分辨率就越高，但是按照一般的結構特性而言，如果晶體單元前端的物質(zhì)越少，晶體單元本身受到的支撐就會越弱，相應的晶體單元的變形量就會越大，反過來又會影響電磁量能器的能量分辨率。因此如何實現(xiàn)對晶體探測單元的有效支撐結構，同時又盡量減少晶體探測單元的前端物質(zhì)以提高能量分辨率，是目前該領域中面臨的現(xiàn)實問題之一。現(xiàn)有的日本高能物理實驗室BELLE的CsI晶體電磁量能器，其中心結構是一空心圓筒，沿圓筒外表面的長度方向和直徑方向安裝鋁隔板形成蜂窩結構，每一組包括8個CsI 晶體單元，以4排2列方式排列安裝在一個蜂窩單元中，在晶體單元后端用螺釘壓緊。徑向隔板厚度1. 6mm,圓周方向隔板厚度僅為0. 5mm。至少存在以下問題。首先，晶體探測單元前端的物質(zhì)(即，鋁隔板和內(nèi)筒)的存在會降低晶體探測單元的能量分辨率，影響量能器的整體性能。其次，該結構的組裝難度大，且強度、剛度和精度均難以保證，這種結構在組裝過程中曾出現(xiàn)許多技術問題，例如組裝方法不合適、組裝順序不合適，引起某些部位結構破裂， 必須重新修補，修補之后，晶體的位置難以保證，這又會引起量能器的位置分辨率的降低。美國斯坦福直線加速器中心(SLAC)BABAR探測器上的CsI晶體電磁量能器也已建成，其將每一組CsI晶體單元裝在一碳纖維盒子中，盒子厚度0. 5mm, 6000多個晶體單元分裝在幾百個碳纖維盒子中，并將這些盒子組裝在一個大型鋁合金圓筒內(nèi)，碳纖維盒子之間自然形成兩層碳纖維隔墻。這種結構至少存在以下問題。首先，晶體探測單元周圍的物質(zhì) (即碳纖維隔墻)的存在會降低探測單元的能量分辨率，影響量能器的整體性能。其次，這種結構的組裝難度大，而且制造工藝復雜，造價也很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高電磁量能器能量分辨率的CsI晶體單元的陣列，使得各晶體單元之間的間隙以及晶體單元前端的物質(zhì)盡量少，同時有效控制晶體單元的變形量，以及有效控制機械支撐結構的變形量。根據(jù)本發(fā)明的目的，提供一種用于提高CsI晶體電磁量能器能量分辨率的CsI晶體陣列，包括CsI晶體單元，所述CsI晶體單元在電磁量能器中按照以下的方式排列所述 CsI晶體單元陣列包括圓環(huán)狀分布于筒體圓周上的多個圈，并構成沿束流線排列的多個列， 每一列中的各圈的CsI晶體單元以該列的中心位置鏡像對稱且各CsI晶體單元沿束流線方向傾斜，該中心位置兩側的CsI晶體單元由內(nèi)向外與中心線夾角逐次加大，且其前端指向該中心位置或該中心位置附近的特定的點?？蛇x的，所述各縱向列中，位于中心位置同側的各CsI晶體單元之間順次緊靠疊加排列?？蛇x的，所述各縱向列中，位于中心位置兩側第一排的CsI晶體單元分別指向同側距離對撞中心25mm的點，其余各CsI晶體單元均指向同側距離對撞中心50mm的點。可選的，所述CsI晶體陣列中，包括120縱向列，每一縱向列中均包括44個CsI晶體單元?？蛇x的，所述CsI晶體單元包括CsI晶體、光導、光二極管、底板、電子學前置放大
器盒、屏蔽罩。本發(fā)明的技術效果如下與現(xiàn)有的技術相比，特別是與美、日已經(jīng)建成的CsI晶體電磁量能器相比，本發(fā)明提供的CsI晶體單元陣列方式，實現(xiàn)了 CsI晶體無間隙排列，且CsI晶體之間在電磁量能器的軸向和圓周方向均不設置隔板。本發(fā)明的CsI晶體單元的陣列方式，利用同一列中的相鄰晶體互相貼合支撐，使得全部晶體單元均能緊密貼合并通過懸掛晶體后端將其固定在準確的位置上，既避免了現(xiàn)有技術中為了支撐、固定CsI晶體帶來的結構復雜、結構剛性差、難以加工組裝的缺點，又同時通過減少晶體單元前端物質(zhì)而提高了其能量分辨率。實驗證明，基于本發(fā)明的CsI晶體陣列技術，CsI晶體電磁量能器可以達到預期的技術性能。表1為本發(fā)明的CsI晶體電磁量能器與之前的量能器的技術參數(shù)對比。
比較內(nèi)容北京正負電子對撞機 BESII上的量能器本發(fā)明的CsI電磁量能器電磁量能器類型取樣型全吸收型能量分辨率較差20% QllGev身艮好2. 3% QllGev位置分辨率較差30mm oilGev很好:6. Omm QllGev
表1 表2為本發(fā)明的碘化銫量能器與國外現(xiàn)有的碘化銫量能器之間的比較。
權利要求
1.一種提高電磁量能器能量分辨率的碘化銫晶體陣列，包括碘化銫晶體單元，其特征在于所述碘化銫晶體單元在電磁量能器中按照以下的方式排列所述碘化銫晶體單元陣列包括圓環(huán)狀分布于筒體圓周上的多個圈，并構成沿束流線排列的多個列，每一列中的各圈的碘化銫晶體單元以該列的中心位置鏡像對稱，且各碘化銫晶體單元沿束流線方向傾斜，該中心位置兩側的碘化銫晶體單元由內(nèi)向外與中心線夾角逐次加大，且其前端指向該中心位置或該中心位置附近特定的點。
2.如權利要求1所述的碘化銫晶體陣列，其特征在于各個所述列中，位于該列的中心位置同側的各碘化銫晶體單元之間順次緊靠疊加排列。
3.如權利要求2所述的碘化銫晶體陣列，其特征在于各個所述列中，位于該列的中心位置兩側第一排的碘化銫晶體單元分別指向同側的距離對撞中心25mm的點，其余各碘化銫晶體單元均指向同側的距離對撞中心50mm的點。
4.如權利要求3所述的碘化銫晶體陣列，其特征在于所述碘化銫晶體陣列中，包括 120個縱向列，每一縱向列中包括44個碘化銫晶體單元。
5.如權利要求1-4任一個所述的碘化銫晶體陣列，其特征在于所述碘化銫晶體單元包括碘化銫晶體、光導、光二極管、底板、電子學前置放大器盒、屏蔽罩。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于提高電磁量能器能量分辨率的碘化銫晶體陣列，碘化銫晶體單元在電磁量能器中沿束流線方向按相同的縱向列規(guī)則依次環(huán)形排列成圓筒狀，每一縱向列規(guī)則中，沿對撞中心位置呈鏡像對稱，且各碘化銫晶體單元沿束流線方向傾斜，中心位置兩側的碘化銫晶體單元由內(nèi)向外與中心線夾角逐次加大，且其前端指向該中心位置或該中心位置附近特定的點。本發(fā)明的碘化銫晶體陣列具有結構合理、能量分辨率高的特點。
文檔編號G01T1/202GK102353977SQ201110155450
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權日2011年6月10日
發(fā)明者呂軍光, 王靈淑 申請人:中國科學院高能物理研究所