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μ探测器是BESⅢ谱仪重要的子探测器之一。BESⅢ的物理目标是在τ-粲能区对标准模型粒子及衰变产物进行高精度的实验研究,并期望观察到新物理存在的迹象。μ探测器的性能直接关系到轻子普适性的精确检验,QCD基本参数的精确测量,以及味道中性流改变(FCNC)等新物理过程的寻找。
本文对基于阻性板室(RPC)的BESⅢμ探测器进行了研究。在蒙卡模拟基础上对探测器的关键参数进行了优化设计。利用新开发的一种酚醛树脂阻性板材料,制作了一批内表面无油的RPC模型室,进行了工作气体实验,甄别阈测试,信号幅度测试,电阻率影响实验,气体加湿实验,温度影响实验,中子辐照实验,电子损伤实验,光子照射实验,束流测试和计数率性能实验,长期稳定性测试等一系列研究,从而对RPC室体结构和工作参数进行了设计和优化。结合气体系统、高压系统和电子学系统,设计了模块化的机械结构系统。并在国内成功大批量生产了978块、约1270m2的阻性板室。每一块阻性板室都经过完整的老练过程和性能测试。由此摸索总结出一套细致可靠的RPC制作工艺和质量控制体系。所有阻性板室都分组组装成136个可以独立工作的探测模块之中。每一个模块在经过了整体的宇宙线测试并合格之后,完成在BESⅢ探测器上的安装和检测。
RPC探测器的特点是噪声大,探测效率和使用寿命是实际运行最关心的问题,因此离线刻度显得必要和重要。在基于GAUDI的BOSS框架下,开发了μ探测器的离线刻度算法软件包“MucCalibAlg”,利用模拟数据和μ的重建算法,对刻度软件进行了性能测试并得到初步的刻度常数,提供了μ探测器的模拟、重建、刻度和刻度常数数据库联调的接口。同时完成了电子学信道与读出条的映射,以及探测器几何的真实化Gdml统一描述和硬件的校准。
综合所有对自行研制的阻性板室在硬件方面的实验、测试和检测,以及在软件方面的模拟、重建和刻度,结果表明:室体平均效率为95.11%,计数率为0.2Hz/cm2,暗电流为3.6μA/m2,合格率为90%;模块平均效率95.23%,空间分辨16 mm;整体μ/π的误判率为5.5%@1.0GeV。以上结果达到了μ探测器的预期性能指标和设计要求。