论文部分内容阅读
对于很多高能物理实验，飞行时间探测器(TOF)主要起到测量次级粒子的飞行时间，配合其他探测器能够进行粒子鉴别(PID)。通常来说，TOF探测器使用由塑料闪烁体耦合光电倍增管配合双端读出系统构成的，例如BESIII的桶部飞行时间探测器(BTOF)、CDFII和BELLE等实验中的飞行时间探测器。近年来，多气隙阻性板室作为一种新技术也渐渐开始投入使用，例如欧洲ALICE和美国STAR的飞行时间探测器使用的就是MRPC探测器。本篇论文就是围绕这两种类型的飞行时间探测器的时间性能进行研究的。
BESIII的BTOF采用的是双层塑料闪烁体耦合光电倍增管R5924的双端读出系统，系统时间分辨能够达到78 ps，在同类型的TOF探测器中时间性能较为领先。由于这种构造的TOF系统的本征时间分辨主要受到了塑料闪烁体和光电倍增管固有时间性能的影响，无法得到很大提高。因此，我们设计了一个实验，采用和BTOF相同的结构，即双层塑料闪烁体耦合光电倍增管，改变之处在于使用了快时间性能的光电倍增管GDB60，结合波形采样技术代替前端电子学系统读出原始的信号波形，进行离线波形重建、分析以期提高探测器的时间分辨性能。通过对波形的重建，我们可以得到信号的基线、幅度、电荷、上升时间以及过阈时间的信息。对全部的信号进行分析并统计，可以了解这些参数的分布。整个系统的时间分辨可以由所有路读出信号的过阈时间计算得到。为了了解波形采样和波形分析技术能否带来时间性能的改善，我们采用了不同的分析方法进行研究。结果表明波形分析方法给出最好的时间分辨为46.3 ps，对原有系统(78 ps)有了很可观的改变。另外，采样率、阈值和信号对于结果的影响也有所研究。
另一种飞行时间探测器是多气隙阻性板室(MRPC)，主要特点是时间性能好，造价低、性价比高。在作者参加的EEE项目(Extreme Energy Events Project)中，也使用了MRPC探测器。3个同样的MRPC探测器上下叠加构成一个探测器模块。位于不同地理位置的望远镜系统测量到击中事例，利用击中的位置、角度和时间信息，可以判断这些事例是否来源于同一个原初高能宇宙线粒子。通过对次级粒子的研究有助于我们加深对宇宙的了解。文中主要介绍了EEE实验中MRPC探测器模块的性能测试、维护和一些初始阶段的数据处理工作。另一个基于MRPC探测器的实验是对MRPC-PET的研发。我们制作了一种MRPC-PET探测器，进行束流测试，得到的时间分辨为69 ps，垂直方向的位置分辨能达到1毫米左右。