专利名称：一种提高电磁量能器能量分辨率的碘化铯晶体阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及高能粒子物理技术，特别是涉及一种用于提高电磁量能器能量分辨率的碘化铯(CsI)晶体阵列。
背景技术：
电磁量能器作为正负电子对撞机对撞点的关键设备，功能是测量电子和Y光子的能量和位置信息。目前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知，正电子和负电子加速后以光速运动，在探测器内发生碰撞，由湮灭产生新的粒子，衰变产生次级粒子，要探测到真实的衰变过程，防止这些粒子在衰变过程中和探测器中的结构物质发生碰撞，因此，要求探测器在满足强度和刚度的前提下，结构材料的物质量越少越好，因此，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，如果晶体单元前端的物质越少，晶体单元本身受到的支撑就会越弱，相应的晶体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。现有的日本高能物理实验室BELLE的CsI晶体电磁量能器，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，在晶体单元后端用螺钉压紧。径向隔板厚度1. 6mm,圆周方向隔板厚度仅为0. 5mm。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晶体电磁量能器也已建成，其将每一组CsI晶体单元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，并将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。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能够提高电磁量能器能量分辨率的CsI晶体单元的阵列，使得各晶体单元之间的间隙以及晶体单元前端的物质尽量少，同时有效控制晶体单元的变形量，以及有效控制机械支撑结构的变形量。根据本发明的目的，提供一种用于提高CsI晶体电磁量能器能量分辨率的CsI晶体阵列，包括CsI晶体单元，所述CsI晶体单元在电磁量能器中按照以下的方式排列所述 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CsI晶体单元以该列的中心位置镜像对称且各CsI晶体单元沿束流线方向倾斜，该中心位置两侧的CsI晶体单元由内向外与中心线夹角逐次加大，且其前端指向该中心位置或该中心位置附近的特定的点。可选的，所述各纵向列中，位于中心位置同侧的各CsI晶体单元之间顺次紧靠叠加排列。可选的，所述各纵向列中，位于中心位置两侧第一排的CsI晶体单元分别指向同侧距离对撞中心25mm的点，其余各CsI晶体单元均指向同侧距离对撞中心50mm的点。可选的，所述CsI晶体阵列中，包括120纵向列，每一纵向列中均包括44个CsI晶体单元。可选的，所述CsI晶体单元包括CsI晶体、光导、光二极管、底板、电子学前置放大
器盒、屏蔽罩。本发明的技术效果如下与现有的技术相比，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CsI晶体单元阵列方式，实现了 CsI晶体无间隙排列，且CsI晶体之间在电磁量能器的轴向和圆周方向均不设置隔板。本发明的CsI晶体单元的阵列方式，利用同一列中的相邻晶体互相贴合支撑，使得全部晶体单元均能紧密贴合并通过悬挂晶体后端将其固定在准确的位置上，既避免了现有技术中为了支撑、固定CsI晶体带来的结构复杂、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。实验证明，基于本发明的CsI晶体阵列技术，CsI晶体电磁量能器可以达到预期的技术性能。表1为本发明的CsI晶体电磁量能器与之前的量能器的技术参数对比。
比较内容北京正负电子对撞机 BESII上的量能器本发明的CsI电磁量能器电磁量能器类型取样型全吸收型能量分辨率较差20% QllGev身艮好2. 3% QllGev位置分辨率较差30mm oilGev很好:6. Omm QllGev
表1 表2为本发明的碘化铯量能器与国外现有的碘化铯量能器之间的比较。
权利要求
1.一种提高电磁量能器能量分辨率的碘化铯晶体阵列，包括碘化铯晶体单元，其特征在于所述碘化铯晶体单元在电磁量能器中按照以下的方式排列所述碘化铯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，且其前端指向该中心位置或该中心位置附近特定的点。
2.如权利要求1所述的碘化铯晶体阵列，其特征在于各个所述列中，位于该列的中心位置同侧的各碘化铯晶体单元之间顺次紧靠叠加排列。
3.如权利要求2所述的碘化铯晶体阵列，其特征在于各个所述列中，位于该列的中心位置两侧第一排的碘化铯晶体单元分别指向同侧的距离对撞中心25mm的点，其余各碘化铯晶体单元均指向同侧的距离对撞中心50mm的点。
4.如权利要求3所述的碘化铯晶体阵列，其特征在于所述碘化铯晶体阵列中，包括 120个纵向列，每一纵向列中包括44个碘化铯晶体单元。
5.如权利要求1-4任一个所述的碘化铯晶体阵列，其特征在于所述碘化铯晶体单元包括碘化铯晶体、光导、光二极管、底板、电子学前置放大器盒、屏蔽罩。
全文摘要
本发明提供一种用于提高电磁量能器能量分辨率的碘化铯晶体阵列，碘化铯晶体单元在电磁量能器中沿束流线方向按相同的纵向列规则依次环形排列成圆筒状，每一纵向列规则中，沿对撞中心位置呈镜像对称，且各碘化铯晶体单元沿束流线方向倾斜，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，且其前端指向该中心位置或该中心位置附近特定的点。本发明的碘化铯晶体阵列具有结构合理、能量分辨率高的特点。
文档编号G01T1/202GK102353977SQ201110155450
公开日2012年2月15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