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高能物理与核物理 2002年第8期26卷 861-869页

作者：彭海平沈肖雁叶树伟张长春吕军光刘怀民张子平陈宏芳中国科学技术大学近代物理系合肥230026 中国科学院高能物理研究所北京100039

北京谱仪Ⅱ经过 1 995年升级后 ,其TOF系统对Bhabha事例的电子时间分辨率是 1 80ps[1],相对北京谱仪Ⅰ的 3 3 0ps有了很大的改进 .随着硬件性能的提高 ,其相应的软件系统 (包括刻度 ,重建 ) ,特别是蒙特卡罗模拟 ,也必须作相应的改进 .... 详细信息

北京谱仪Ⅱ经过 1 995年升级后 ,其TOF系统对Bhabha事例的电子时间分辨率是 1 80ps[1],相对北京谱仪Ⅰ的 3 3 0ps有了很大的改进 .随着硬件性能的提高 ,其相应的软件系统 (包括刻度 ,重建 ) ,特别是蒙特卡罗模拟 ,也必须作相应的改进 .本文利用北京谱仪Ⅱ已获取的 50 0 0万J/ ψ数据 ,对飞行时间计数器的时间分辨率进行认真的研究 ,通过比较现有的模拟数据和真实数据的结果 ,对飞行时间计数器的模拟进行改进 ,最后给出改进后的模拟数据和真实数据的比较结果 ,两者符合得很好 .

关键词： BESⅡ TOF 北京谱仪Ⅱ 飞行时间计数器蒙特卡罗模拟时间分辨粒子测量

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BESIII飞行时间计数器束流实验的模拟研究

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核电子学与探测技术 2007年第1期27卷 23-26,69页

作者：蒋林立张子平毛泽普王贻芳衡月昆吴冲赵力孙志嘉马秋梅马想王大勇邓子艳尤郑昀文硕平王喆刘怀民李卫东张长春邱进发何苗张学尧张晓梅张瑶汤睿郑直冒亚军俞国威夏宇袁野黄性涛臧石磊中国科学技术大学近代物理系合肥230026 中国科学院高能物理研究所北京100049 北京大学物理学院技术物理系北京100871 山东大学济南250100 湖南大学长沙410082

利用GEANT4软件包模拟了BESIII TOF模型束流实验,模拟结果和实验结果进行了比较,并解释了ESR膜作包装材料比用铝膜作包装时间分辨反而差的现象,以及5cm厚的闪烁体比4cm和6cm厚的闪烁体时间分辨好的实验结果。

关键词：飞行时间计数器 BESIII束流实验 GEANT4

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BESⅢ飞行时间计数器刻度的模拟研究

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中国科学技术大学学报 2006年第3期36卷 310-314页

作者：蒋林立张黎明张子平伍健邵明毛泽普中国科学技术大学近代物理系安徽合肥230026 中国科学院高能物理研究所北京100039

基于GEANT4,完成了BESⅢ探测器单块飞行时间计数器的模拟,并对各类不同的带电粒子(e,μ,π,k,p),进行了仔细的时间刻度研究,发现质子的本征时间分辨最好.利用1.0 GeV/c电子的刻度参数用于不同动量的强子(π,k,p)修正时,发现存在一个与... 详细信息

基于GEANT4,完成了BESⅢ探测器单块飞行时间计数器的模拟,并对各类不同的带电粒子(e,μ,π,k,p),进行了仔细的时间刻度研究,发现质子的本征时间分辨最好.利用1.0 GeV/c电子的刻度参数用于不同动量的强子(π,k,p)修正时,发现存在一个与强子的速度β有关的系统时间偏移.改进时间刻度方法后可以基本消除这个偏移.

关键词：飞行时间计数器 BESⅢ GEANT4 本征时间分辨刻度时间系统偏移

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BESⅢ飞行时间计数器1:1模型的束流测试

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高能物理与核物理 2005年第10期29卷 933-936页

作者：孙志嘉衡月昆赵小健吴金杰石峰吴冲薛生田赵玉达赵力蒋林立王凤梅郑志鹏中国科学院高能物理研究所北京100049 南京大学南京210039 中国科技大学合肥230036 郑州大学郑州450052

在北京正负电子对撞机直线加速器实验束上进行了BESⅢ飞行时间计数器1:1模型的束流测试.利用动量为800MeV/c的电子束,对应用不同包装材料(铝膜和Tyvek)的不同闪烁体(BC408和EJ200)的时间分辨率和光传输衰减长度分别进行测量,以铝膜包装E... 详细信息

在北京正负电子对撞机直线加速器实验束上进行了BESⅢ飞行时间计数器1:1模型的束流测试.利用动量为800MeV/c的电子束,对应用不同包装材料(铝膜和Tyvek)的不同闪烁体(BC408和EJ200)的时间分辨率和光传输衰减长度分别进行测量,以铝膜包装EJ200为最佳选择,其本征时间分辨率(标准偏差)好于90ps,达到BESⅢ的设计指标.

关键词：粒子鉴别飞行时间探测器塑料闪烁体时间分辨率衰减长度飞行时间计数器 BESⅢ 测试束流模型

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BESⅢ飞行时间计数器束流实验的模拟研究

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核电子学与探测技术 2007年第1期27卷 23-26页

利用GEANT4软件包模拟了BESⅢ TOF模型束流实验,模拟结果和实验结果进行了比较,并解释了ESR膜作包装材料比用铝膜作包装时间分辨反而差的现象,以及5cm厚的闪烁体比4cm和6cm厚的闪烁体时间分辨好的实验结果.

关键词：飞行时间计数器 BESⅢ 束流实验 GEANT4

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BESⅢ飞行时间计数器的束流实验模拟及离线软件发展研究

BESⅢ飞行时间计数器的束流实验模拟及离线软件发展研究

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作者：蒋林立中国科学技术大学

学位级别：博士

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)正在进行，改造后的北京正负电子对撞机亮度将提高100倍，其探测器(BESⅢ)性能也有很大提高。飞行时间计数器是BESⅢ一个子探测器，它的功能是测量带电粒子的飞行时间，进行粒子鉴别。本论文的... 详细信息

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)正在进行，改造后的北京正负电子对撞机亮度将提高100倍，其探测器(BESⅢ)性能也有很大提高。飞行时间计数器是BESⅢ一个子探测器，它的功能是测量带电粒子的飞行时间，进行粒子鉴别。本论文的主要内容是关于BESⅢ飞行时间计数器的束流实验及其蒙特卡罗模拟研究，以及BESⅢ飞行时间计数器离线重建软件和刻度软件的开发和研究。\n BESⅢ飞行时间计数器模型的束流实验是在北京正负电子对撞机试验束提供的800Mev电子束流上进行的。实验研究了TOF的主要性能，结果证明了BESⅢ飞行时间计数器所选的各种材料和条件的性能可以达到预期指标。闪烁体在厚度为5cm时具有较好的时间分辨。不同反射率包装材料的实验结果是：反射率低的铝膜包装的时间分辨要比反射率高的ESR包装的时间分辨好。利用Geant4，我们进行了BESⅢ飞行时间计数器模型束流实验的蒙特卡罗模拟研究。不同厚度闪烁体以及不同反射率包装材料下的模拟结果和实验结果一致。利用蒙特卡罗模拟结果，主要从不同情况下的光电倍增管脉冲的幅度以及上升时间的比较，对束流实验结果进行了解释。\n 在BESⅢ离线数据处理框架下，利用面向对象的C++程序设计语言，开发了BESⅢ飞行时间计数器离线处理重建系统和离线刻度系统。结合主漂移室的重建软件以及径迹外推软件，利用蒙特卡罗数据，对BESⅢ飞行时间计数器离线重建软件进行了测试，给出了一些初步的测试结果。TOF重建软件能够很好地工作，重建结果已经被物理分析软件使用。TOF刻度软件的初步版本已经完成，对分辨率，刻度方法进行了研究。利用蒙特卡罗产生的巴巴事例，对TOF离线刻度软件进行了测试，并将这些刻度常数用到TOF重建软件中，经过物理分析，证明TOF事例重建系统和刻度系统对于理想的蒙特卡罗数据工作基本正常。\n 在BESⅢ离线数据处理软件(BOSS)发布BOSS5.0.

关键词： BESⅢ 飞行时间计数器束流实验 Geant4 蒙特卡罗模拟面向对象 C++程序设计语言 TOF重建软件正负电子对撞机

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飞行时间计数器端盖模型中光产生和传输的蒙德卡罗模拟

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Chinese Physics C 1984年第4期 491-496页

作者：胡幼华董宝中中国科学院高能物理研究所

描述了北京谱仪中端盖飞行时间闪烁计数器模型的光产生和传输的蒙德卡罗模拟,其结果与实验符合较好。

关键词：闪烁体闪烁剂发光材料飞行时间计数器光子数光传输蒙德卡罗端盖管帽

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塑料闪烁体型飞行时间计数器的研究

塑料闪烁体型飞行时间计数器的研究

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作者：赵力中国科学技术大学

学位级别：博士

本论文首先简要地介绍了粒子物理和粒子探测器的历史和现状。随着现代计算机技术和电子学的发展，高能物理对粒子探测器的性能要求越来越高，能否发现新的粒子和物理现象取决于大型探测器的整体性能。北京正负电子对撞机(Beijing Electr... 详细信息

本论文首先简要地介绍了粒子物理和粒子探测器的历史和现状。随着现代计算机技术和电子学的发展，高能物理对粒子探测器的性能要求越来越高，能否发现新的粒子和物理现象取决于大型探测器的整体性能。北京正负电子对撞机(Beijing Electron Positron Collider，BEPC)由直线加速器、束流运输线、储存环和北京谱仪(Beijing Spectrometer，简称BES)组成，是我国进行高能物理实验的一个很重要的大型仪器，凭借它使我国在国际高能物理研究中占有一席之地。虽然过去曾取得一些重大成果，但现在该探测器已经老化了，并且随着国际高能物理的快速发展，它已很难继续保持在τ-粲能区物理研究的领先地位。因而，现在正需要在过去成功运行的基础上对BEPC／BESⅡ进行升级改造，大幅度提高其性能，从而继续取得国际高水平的物理成果。然而，大型探测器整体性能的好坏取决于每个子探测器的好坏，只有将每个子探测器设计好并精确地安装，升级改造工程才可能圆满完成。本论文的核心主要是对塑料闪烁体型飞行时间计数器(Time of Flight，TOF)的研究。该探测器是正在建造中的BESⅢ一子探测器，它鉴别动量小于1 GeV／c的带电粒子K／π的能力是很强的，同时它也提供快触发和事例定时信息。由于其技术较成熟，这种探测器应用相当广泛。然而，为了使BESⅢ的TOF探测器的性能达到或超过国际先进水平，必须对该探测器进行详细的研究和测试。作为TOF计数器的两个重要组成部分—闪烁体和倍增管，它们的性能是相当关键的。经过仔细调研并参考其他探测器，挑出了三种快闪烁体：BC-408，BC-404和EJ-200。实验研究显示它们发射谱的峰位分别是425nm，407nm和426nm，且发射谱的形状和峰位在闪烁体被辐射源大剂量辐照后依然不变；它们的相对光产额会随辐照剂量的增加而减小；在弱辐照后，100小时内没有观察到明显的光产额恢复效应；BC-408和EJ-200在发射峰处的透过率为70％左右，BC-404的略低。因而对于估计的在BEPCⅡ上每年将受到的10Gy剂量来说，这些闪烁体都没有问题，但优先考虑闪烁体BC-408和EJ-200。考虑到闪烁体的尺寸和发射谱，谱仪的有限内部空间以及倍增管的性能参数，选择了Hamamatsu公司生产的较短倍增管R5924，测试表明其抗磁性和时间性能满足要求。我们对由塑料闪烁体和倍增管组成的单根TOF计数器进行了束流试验和模拟，束流试验的读出电子学是由NIM(Nuclear Instrument Module)／CAMAC插件和机箱组成的。长条形闪烁体的测试实验是利用了高能所提供的干净次级粒子束流，然而为了获得其准确的时间分辨率，参考时间起点的时间晃动必须尽可能地小。为此，设计了几种薄快闪烁体+快倍增管的组合方案，其中最小的时间晃动可达44±2ps。铝膜包装的，长2.3m宽6cm而不同厚度的塑料闪烁体BC-408的实验结果表明5cm厚的闪烁体搭配倍增管R5924表现出最佳性能，而不是6cm厚的闪烁体，模拟结果显示其主要原因是倍增管的有效接受面积限制了收集到的光电子数目。而由不同的反射材料包装的EJ-200的实验结果显示反射材料的反射率增大其时间性能不会一直变好，模拟显示被反射回来的大量光子会破坏脉冲前沿，从而抑制了时间性能的提高。最后，由闪烁体、倍增管、快前放、18m差分电缆，以及由VME机箱和9U模块板构成的读出电子学组成了完整的TOF系统，并进行了束流试验，结果表明在闪烁体中间位置的包括电子学晃动在内的时间分辨率为：70±2ps(质子)，

关键词：塑料闪烁体倍增管 TOF 时间分辨率光产额 BES 时间性能飞行时间计数器主漂移室

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BESⅢ飞行时间计数器的刻度方法及离线软件

BESⅢ飞行时间计数器的刻度方法及离线软件

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作者：胡继峰中国科学技术大学

学位级别：硕士

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)正在进行。改造后，北京正负电子对撞机的亮度将提高100倍，其探测器(BESⅢ)性能也有很大提高。\n 飞行时间计数器(TOF)是BESⅢ子探测器之一，其作用是测量带电粒子的飞行时间，以鉴别粒子。\... 详细信息

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)正在进行。改造后，北京正负电子对撞机的亮度将提高100倍，其探测器(BESⅢ)性能也有很大提高。\n 飞行时间计数器(TOF)是BESⅢ子探测器之一，其作用是测量带电粒子的飞行时间，以鉴别粒子。\n 此论文的主要内容是关于TOF的刻度方法和软件系统的研究。利用BOOST(BesⅢObject-Oriented Simulation Tool)系统产生5×10<\'4>个Bhabha事例的模拟数据，经BOSs(BesⅢOffline Software System)重建系统处理后，TOF重建系统(TofRec)就保存了TOF刻度需要的数据样本。基于该数据样本，我们做了仔细的刻度研究，内容包括：\n 单端时间修正：经过初步修正，单端时间分辨从刻度前的～251ps改善到～120ps，这是合理的与模拟吻合的结果；\n 双端时间加权：由于桶部TOF采用两端读出，所以综合2次测量值给出一个最优估计值。时间分辨从，～120ps改善到～86ps；\n 双层时间加权：考虑到桶部有两层TOF，又研究了双层时间加权、以及四端时间加权，它们给出相同的结果，时间分辨约为69ps，较双端加权的时间分辨又有很大的改善;\n 有效速度：中性粒子在Main Drift Chamber(MDC)中没有径迹，却可以利用其在TOF中留下的时间信息以及有效速度反推它的击中位置，刻度表明它的标准误差为17mm。\n 光传输衰减长度和Q<,peak>曲线：Bhabha事例刻度出的参数在修正强子事例的飞行时问时会有一个系统偏移，它与粒子动量和种类有关，利用它们可以修正强子的系统时间偏移。\n 该软件系统基于面向对象的C++语言设计并发布为BOSS刻度系统的一部分，其灵活的选项控制参数可以方便的完成TOF刻度，易于扩展的设计让TOF刻度系统新增加一项关于TOF的刻度很容易。为TOF刻度的功能扩展做了准备，比如自动化刻度。刻度参数保存在文件中，提供给TOF刻度服务，以便TOF重建系统使用，这些都是跟据处理真实数据的流程设计的。初步地，采用模拟数据做检查，程序运行正常并给出了预期的结果，这证明了方法是可行的、程序是可靠的，不过对于真实数据有待更详细的研究.

关键词：飞行时间计数器正负电子对撞机探测器带电粒子软件系统

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BESIII飞行时间计数器(TOF)老化的研究以及刻度算法的改进

BESIII飞行时间计数器(TOF)老化的研究以及刻度算法的改进

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作者：郭暾南京师范大学

学位级别：硕士

北京谱仪(BES)是工作在在北京正负电子对撞机(BEPC)上的大型磁谱仪，已于2009年成功升级改造为BEPCⅡ/BESⅢ。(BESⅢ)的物理目标是τ-粲能区的精确测量和新物理的寻找。飞行时间计数器TOF是BESⅢ的子探测器之一，主要功能是通过所测量... 详细信息

北京谱仪(BES)是工作在在北京正负电子对撞机(BEPC)上的大型磁谱仪，已于2009年成功升级改造为BEPCⅡ/BESⅢ。(BESⅢ)的物理目标是τ-粲能区的精确测量和新物理的寻找。飞行时间计数器TOF是BESⅢ的子探测器之一，主要功能是通过所测量的飞行时间信息，结合主漂移室测得粒子的动量和径迹，从而辨别粒子的种类;同时它也参加第一级触发判选。BESⅢ的TOF由桶部和端盖两部分组成，桶部TOF共有两层，每层有88块闪烁体，内外层相互交错排列;端盖TOF分为东西两部分，每端48块闪烁体，闪烁体呈扇形，保证了最大的接收面积。\n 本文包括两部分内容:桶部TOF系统闪烁体的衰减长度以及光产额的老化研究;对一个触发周期内不同束团间时间差中心值的偏移进行刻度，改进了离线数据刻度算法。\n 北京谱仪从2009年开始运行取数，并计划再运行810年，因此对探测器老化情况以及其对性能影响的研究是十分重要的和必须的。本文利用09年6月至12年2月间获取的电子对(Bhabha)事例样本，对每块闪烁体的衰减长度(Attenuation)和光产额(LightYield)随着时间变化的关系进行了研究。研究发现对于桶部TOF闪烁体，平均的衰减长度的年衰减率为4.3％。探测效率对衰减长度具有强烈的依赖关系，这一结论与12年获取的psip数据的情况相吻合。利用TOF测量得到的脉冲幅度（通常称为Q）结合激光定标得到的电子学的信息，得到了相对光产额随时间的变化曲线，年衰减率大约为0.49％。\n 飞行时间计数器进行粒子鉴别的能力主要由相同动量粒子的飞行时间差和飞行时间计数器的时间分辨率所决定。在探测器几何确定的前提下，时间分辨率是影响粒子鉴别能力的主要因素。在离线数据分析中发现，对于同一个触发周期（约24ns）内的三次碰撞，测量时间与预期时间差的中心值并不相同，刻度算法进行了相应的改进。改进后时间差的中心值都接近零点，桶部双层TOF的时间分辨也得到提高。利用Bhabha，dimu和pion的样本进行的检查显示，时间分辨提高了大约10％。\n 最后，本论文还对TOFODQM软件包做一个介绍。TOFODQM软件包是TOF离线数据检查软件包。此软件包将TOF所有的数据检查写到一个类中，这将使数据检查工作变得即轻松又不易出错。\n 飞行时间计数器老化研究的结果对今后探测器的运行维护，运行条件的设置具有指导意义，同时也为相同或相近类型探测器的设计研制提供了参考。TOF刻度算法的改进充分挖掘了探测器硬件和电子学的潜力，提高了时间分辨率，使得物理分析中需要的粒子鉴别能力进一步得到改善。

关键词：飞行时间计数器衰减长度光产额刻度算法

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