DOC《电磁量能器》

在θ向指向对撞中心有1°~3°的偏移. 图4.7-9 图4.7-9 为800 MeV的光子以不同角度扫描在中心晶体,在5*5晶体阵列上的相对总能量沉积和能量分辨的分布.晶体之间的复合物质层为0.4mm Teflon + 0.05mm Al + 0.4 mm的碳纤维(CFC). 晶体之间的间隙大小由晶体外面的反射封装层和晶体的机械支撑墙的厚度决定,对量能器而言是非灵敏材料,当光子作用于晶体边沿区时,相当于晶体的辐射长度减少,总沉积能量降低和能量分辨相对变差.图4.7-10和图4.7-11分别显示了不同厚度的空气层和不同的复合物质对能量分辨的影响,空气层的影响稍小,复合物质层的影响稍大,除了必需的反射层0.4mm Teflon + 0.05mm Al 之外,分别增加0.4 mm的碳纤维(CFC)和0.5 mm的铝(Al),能量分辨将分别变差约0.2% 和0.4%.较理想的设计是晶体之间除了必需的反射层外不用额外的材料和额外的空间. 图4.7-10

800 MeV的光子以1.5°扫描中心晶体,不同厚度的空气层对应相对总能量沉积和能量分辨的分布. 图4.7-11 不同的复合物质对应相对总能量沉积和能量分辨的分布 CsI(Tl)晶体的反射材料 光收集效率是晶体量能器实现能量高分辨的重要一环.由于CsI(Tl)晶体拥有较高的折射率(1.8),满足于物理和机械要求的反射材料局限于轻和薄的满反射膜材料.光收集效率与反射膜的厚度有一定的关系(图4.7-12),厚膜有高的光收集效率,与物理的尽量薄的要求相抵. 选取聚四氟乙烯(Teflon)膜、Tyvek纤维纸、和Milliper微孔膜进行对比实验, 图4.7-13显示Milliper微孔膜和Tyvek纤维纸具有高的反射性能(图中实验点10,5,7,和8),Teflon微孔膜(KEK)有较低的效果(图中实验点4),并且Tyevk纤维纸有较小的Z值和十分便宜的价格.所以,选定双层的Tyvek纤维纸(2 * 0.13mm)为晶体的反射材料是合适的. 图4.7-12 CsI(Tl)晶体相对光输出与聚四氟乙烯(Beijing-Teflon) 膜反射材料的厚度的关系 图4.7-13 CsI(Tl)晶体封装各种反射膜的相对光输出(硅光二极管测量)比较 晶体在长度方向的发光非均匀性 由于晶体的形态是楔形的,光收集在大端面,加上晶体内部的质量缺陷和荧光激活剂铊(Tl)含量的非均匀性,光的收集对晶体在长度方向的发光是非均匀性的,并且通过光电倍增管和硅光二极管的读出(二者的光谱相应和光电器件的耦合方式有所差异)的非均匀性有差异(图4.7-14).发光的非均匀性,除会引起能量线性问题外(可通过离线数据分析修正),还将影响能量分辨.晶体的发光非均匀性可通过某些技术上的处理,如局部的晶体表面抛毛或反射层的涂色,减弱输出光高的区域以达到发光均匀性. 图4.7-14 利用光电倍增管和硅光二极管测量CsI(Tl)晶体相对光输出的差别 不同晶体生产厂家的晶体发光性能和抗辐照强度 晶体的相对光输出 从不同晶体生产厂家的晶体相对光输出(图4.7-15)比较,国产晶体shanghai和Bejing的比较接近,与法国Crismatec的晶体没有明显差异. 图4.7-15 不同厂家提供CsI(Tl)晶体样品的相对光输出的比较 上图中左侧坐标为用光电倍增管系统测量的相对标准晶体的光输出;

右侧坐标为用硅光二极管系统测量的光输出(光电子数/MeV);

实线左侧和右侧分别为不同尺寸的晶体的比较. 抗辐照性能 强辐照下会使CsI(Tl)晶体的光输出减少.辐照参考Barbar 和Belle量能器的辐射环境,端盖区辐射剂量分别为250rad/年和40 rad/年[7].由于晶体在辐照后其辐照损伤有一定的恢复能力;