专利名称：一种组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法
技术领域：
本发明涉及高能粒子物理技术，特别是涉及一种组装用于探测、捕捉高能粒子的碘化铯(CsI)晶体电磁量能器探测阵列的方法。
背景技术：
电磁量能器作为正负电子对撞机中第一对撞点的关键设备，功能是测量电子和Y 光子的能量和位置信息。现有的电磁量能器是气体取样型簇射探测器，由铅层和气体管组成，为了进一步提高能量分辨率，采用碘化铯晶体建造全新的电磁量能器是一种可行的技术思路。能量分辨率是量能器最重要的技术指标之一。依据物理学的原理可以知道，碘化铯晶体探测单元(以下简称晶体单元或CsI晶体)前端物质越少，量能器的能量分辨率就越高。但是按照一般的结构特性而言，如果晶体探测单元前端的物质越少，晶体探测单元本身受到的支撑就会越弱，相应的晶体探测单元的变形量就会越大，反过来又会影响电磁量能器的能量分辨率。因此如何在有限的空间内既实现对晶体探测单元的有效支撑结构，同时又尽量减少晶体探测单元的前端物质以提高能量分辨率，是目前该领域中面临的现实问题之一。目前，日本高能物理实验室BELLE的量能器，其中心结构是一空心圆筒，沿圆筒外表面的长度方向和直径方向安装铝隔板形成蜂窝结构，每一组包括8个CsI晶体单元，以4 排2列方式排列安装在一个蜂窝单元中，在晶体后端用螺钉压紧。径向隔板厚度1. 6mm,圆周方向隔板厚度仅为0. 5mm。这种大型薄壁结构至少存在以下问题。首先，晶体探测单元前端的物质(即，铝隔板和内筒)的存在会降低晶体探测单元的能量分辨率，影响量能器的整体性能。其次，该结构的组装难度大，且强度、刚度和精度均难以保证，这种结构在组装过程中曾出现许多技术问题，例如组装方法不合适、组装顺序不合适，引起某些部位结构破裂， 必须重新修补，修补之后，晶体的位置难以保证，这又会引起量能器的位置分辨率的降低。美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)BABAR探测器上的CsI晶体量能器也已建成， 其将每一组CsI晶体装在一碳纤维盒子中，盒子厚度0. 5mm，6000多个晶体单元分装在几百个碳纤维盒子中，把这些盒子组装在一个大型铝合金圆筒内，碳纤维盒子之间自然形成两层碳纤维隔墙，几百个盒子的底部自然形成一个内筒。这种结构至少存在以下问题。首先， 晶体探测单元周围的物质(即碳纤维隔墙)的存在会降低探测单元的能量分辨率，影响量能器的整体性能。其次，这种结构的组装难度大，而且制造工艺复杂，造价也很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组装用于电磁量能器的全新CsI晶体阵列结构的方法，以减少或避免CsI晶体组装过程中探测晶体变形。为实现本发明的目的，提供一种组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于包括以下步骤将电磁量能器按照筒体圆周方向等分为若干筒体单元，并将碘化铯晶体单元依次组装到该筒体单元上。可选地，每一筒体单元上对称排列2列碘化铯晶体单元。可选地，所述筒体单元上还包括阶梯板，所述各碘化铯晶体单元均通过后端固定在阶梯板上。可选地，所述每一筒体单元上，各列均包括44个沿束流线方向镜像对称设置的碘化铯晶体单元。可选地，所述筒体单元为60个，并可相互拼装成封闭的圆筒结构。可选地，还包括替换模块，先将替换模块拼装成圆筒结构，然后依次将筒体单元置换出替换模块。本发明的技术效果包括与现有的技术相比，特别是与美、日已经建成的CsI晶体电磁量能器相比，本发明提供的一种全新设计的、用于CsI晶体电磁量能器的CsI晶体单元阵列的组装方法，实现了该晶体单元阵列的无损、无变形或微变形的组装，该晶体阵列为无间隙排列，且晶体单元之间在电磁量能器的轴向和圆周方向均不设置隔板，从而减少了晶体单元前端及侧向障碍物质，因而提高了其能量分辨率。本发明的晶体单元阵列的组装，利用同一列中的相邻晶体单元互相贴合支撑，使得相邻的晶体单元均能紧密贴合并固定在准确的位置上，既避免了现有技术中为了支撑、 固定晶体单元产生的结构复杂、结构刚性差、难以加工组装的缺点，又同时通过减少晶体单元前端物质而提高了其能量分辨率。为了保证组装的晶体单元阵列精确、可靠，避免由于组装中各种因素产生位置误差，以及避免由于组装产生晶体单元变形而影响电磁量能器的性能，本发明通过将电磁量能器的筒体按照圆周方向均勻等分为多个装配单元，将晶体单元按照相应的排列规则组装到装配单元上，再将各装配单元组装成完整的电磁量能器筒体部分。进一步的，为了保证组装的精度和控制组装时CsI晶体的微变形量，本发明还提供一种替代法装配方法，即先以替代模块组装成筒体整体，然后再将真正的装配单元依次置换替代模块，而且，置换组装过程中，可以避免CsI晶体由于悬臂状态产生过量变形，并最终对电磁量能器的电磁分辨率造成不利影响，因此，本发明特别指出，在置换位置处于筒体顶端即悬垂状态时，这种不利影响最小，也就是说，在此位置进行置换组装，效果最佳。
图1所示为本发明的一个实施例的CsI晶体沿束流线方向排列的示意图。图2所示为本发明的一个实施例的CsI晶体沿圆周方向排列的示意图。图3所示为本发明的一个实施例的CsI晶体单元的结构示意图。图4所示为本发明的一个实施例的电磁量能器一个装配单元的结构示意图。图5所示为本发明的一个实施例的装配模块的横截面的局部放大示意图。附图标记1、2、...43、44_CsI晶体单元，51-CsI晶体，52-底板，53-光导，54-屏蔽罩，55-前放盒，56-绝缘导热垫片，57-L形连接板，58-散热带，59-电缆卡子，60-绝缘套管，61-光二极管，62、63、...68,69-阶梯板，70-筒体。
具体实施例方式下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。作为一种实施例，图1所示为本发明的一个实施例的CsI晶体沿束流线方向(即电磁量能器的轴线方向)阵列的示意图，图2所示为CsI晶体沿圆周方向排列的示意图。在本实施例中，CsI晶体单元阵列包括圆环状分布于筒体圆周上的多个圈，并构成沿束流线排列的多个列，每一列中的各圈的碘化铯晶体单元以该列的中心位置镜像对称，且各碘化铯晶体单元沿束流线方向倾斜，该中心位置两侧的碘化铯晶体单元由内向外与中心线夹角逐次加大，且该中心位置两侧的碘化铯晶体单元的前端指向该中心位置或该中心位置附近的预定的点。例如，CsI晶体阵列为沿着束流线方向分布44圈，、每圈120块晶体的环形阵列分布，并且沿着束流线方向排列的每列晶体，一侧的22圈和另一侧的22圈以对撞中心A对称。为了防止γ粒子从晶体的缝隙中漏掉，第22圈晶体和第23圈晶体分别指向同侧距离对撞中心A 25mm的点B，其余的晶体指向同侧距离对撞中心A 50mm的点C。每一排晶体在圆周方向相对于对撞中心偏转1. 5度。各CsI晶体单元的后端用螺钉分别固定在筒体的阶梯板上。这种CsI晶体阵列方式，使得沿束流线方向的相邻CsI晶体互相支撑靠紧，因此理论上相邻晶体之间的间隙可以为零。本发明的实施例的CsI晶体阵列方式，在保证各CsI晶体高强度、高稳定性的前提下，实现了 CsI晶体相邻间无隔板、前端无物质，从而很大程度的提高了电磁量能器的能量分辨率。图3所示为本发明的CsI晶体单元的一种实施例的结构示意图。本实施例的CsI 晶体单元包括CsI晶体51，底板52，光导53，屏蔽罩54，前放盒55，绝缘导热垫片56，L形连接板57，散热带58，电缆卡子59，绝缘套管60，光二极管61。其中前放盒55为电子学前
置放大器盒。本实施例中，CsI晶体51前端不设置任何物质，CsI晶体单元所有的连接和功能性附件均设置在CsI晶体的后端，这样的结构可以配合本发明的CsI晶体阵列，使得组装完成的CsI晶体前端无任何物质障碍，可以很大程度提高能量分辨率。由于电磁量能器处于磁通量高达1万高斯的强磁场中，CsI晶体单元中所有的连接结构和功能附件均采用无磁材料制备，本实施例中，散热带58采用铜质编织带，光导53 采用有机玻璃制备，底板52和前放盒55采用铸铝制备，屏蔽罩M、L形连接板57以及电缆卡子59采用牌号L12的铝合金制备，绝缘导热垫片56为云母垫片，绝缘套管60的材料为聚四氟乙烯。各种连接件，如螺钉、垫圈等均可采用无磁不锈钢0Crl8Ni9。本发明的实施例采用替代法安装实现电磁量能器的总体组装，把桶部量能器整体结构分解成多个(例如60个)装配单元，由于CsI晶体弹性模量小，安装过程中要避免晶体出现悬臂状态，利用替代模块预先安装到量能器机械支撑结构中，安装过程中桶部量能器可以平稳地旋转，只允许在12点钟的位置进行置换操作，每拆下一件替代模块，再装上一个装配单元，直到CsI晶体全部置换出替代模块。有了替代模块的支撑，晶体在任何位置都不会出现悬臂状态。利用本发明的组装方法可以有效控制组装过程中晶体的局部变形和整体变形。组装过程中，为了解决装配单元中各个晶体单元的定位与固定问题，本发明还包括一种晶体组装平台，即工装槽，各装配单元在工装槽中组装晶体，每一个晶体在长度方向 (轴向)、直径方向、圆周方向的位置都能按照要求得到调整与补偿，使得安装后晶体的位置准确，本实施例中，晶体的位置精度要求直径方向士2mm，长度方向士0. 3mm，圆周方向士0. 1mm。图4所示为一个装配单元的结构示意图。其中，62、63……69分别为连接固定CsI 晶体单元与筒体70的阶梯型连接板，CsI晶体单元通过后端采用螺纹连接件固定在连接板上。图5所示为一个装配单元的横截面的局部放大示意图，本实施例中，对于如图1和 2所示的CsI晶体阵列，在一个装配单元中在筒体70上设置两列CsI晶体单元，将60个装配单元组装而成就是一个完整的量能器筒体，还包括适配相应的电缆束和冷却管路。以上所述仅为本发明的一个优选实施例，基于同样的发明构思，还可以采用其它相似的技术方案，如将筒体的装配单元的进一步细分或合并使用，以及晶体阵列的简单变化，都应涵盖于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于包括以下步骤将电磁量能器按照筒体圆周方向等分为若干筒体单元，并将碘化铯晶体单元依次组装到该筒体单兀上。
2.如权利要求1所述的组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于每一筒体单元上对称排列2列碘化铯晶体单元。
3.如权利要求2所述的组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于所述筒体单元上还包括阶梯板，所述各碘化铯晶体单元均通过后端固定在阶梯板上。
4.如权利要求2所述的组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于所述每一通体单元上，各列均包括44个沿束流线方向镜像对称设置的碘化铯晶体单元。
5.如权利要求1所述的组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于所述筒体单元为60个，并可相互拼装成封闭的圆筒结构。
6.如权利要求1所述的组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于还包括替换模块，先将替换模块拼装成圆筒结构，然后依次将筒体单元置换出替换模块。
7.如权利要求6所述的组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于所述的每一次置换，均在待置换模块位于该筒体最高点时进行。
全文摘要
本发明提供一种组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于包括以下步骤将电磁量能器按照筒体圆周方向等分为若干筒体单元，并将碘化铯晶体单元依次组装到该筒体单元上。本发明的碘化铯晶体电磁量能器晶体阵列组装方法巧妙、合理，晶体单元变形小、能量分辨率高的特点。
文档编号G01T1/202GK102305938SQ201110155249
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者吕军光, 王灵淑 申请人:中国科学院高能物理研究所