BESⅢ端蓋飛行時(shí)間讀出電子學(xué)系統(tǒng)升級(jí)設(shè)計(jì).pdf

1、UniversityofScienceTechnologyofChinaAdissertationfmaster’sdegreeDesignoftheUpgradingReadoutElectronicsSystemfBESIIIETOFAuth’sName：ChunyanYinspeciality：PhysicalElectronicsSupervis：Prof.ShubinLiuFinishedtime:April2011摘要摘要北

2、京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）和北京譜儀（BESIII）于2008年7月成功升級(jí)，升級(jí)后系統(tǒng)分別稱為BEPCII和BESIII。作為對(duì)撞機(jī)的核心部分之一，北京譜儀BESIII擔(dān)負(fù)著測(cè)量和分辨對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的粒子任務(wù)，由主漂移室，飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器（TOF），μ子計(jì)數(shù)器，以及對(duì)應(yīng)的讀出電子學(xué)系統(tǒng)等組成。自升級(jí)后運(yùn)行以來，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，取得一系列重大成果。飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器（TOF）是BESIII實(shí)現(xiàn)粒子分辨的重要部分，測(cè)量帶電粒子飛行時(shí)間，分

3、為端蓋（ETOF）和桶部（BTOF）兩部分，其中BTOF是世界上同類TOF探測(cè)器中性能最好的，時(shí)間測(cè)量精度小于90ps。但ETOF由于1）物質(zhì)層散射增加了端蓋徑跡長度的不確定性；2）MDC徑跡重建導(dǎo)致Z向擊中位置不確定；3）受到噪聲問題的困擾，導(dǎo)致ETOF測(cè)量精度僅138ps。為實(shí)現(xiàn)更高的時(shí)間分辨和提高粒子分辨能力，ETOF系統(tǒng)將升級(jí)，包括探測(cè)器和讀出電子學(xué)系統(tǒng)。升級(jí)后的系統(tǒng)探測(cè)器將使用MRPC技術(shù)，具有高時(shí)間分辨精度和探測(cè)效率，并在國

4、際大型粒子物理裝置，如CERN的ALICETOF系統(tǒng)和美國BNL的STARTOF系統(tǒng)中成功運(yùn)用。根據(jù)MRPC探測(cè)器輸出特點(diǎn)，飛行時(shí)間讀出電子學(xué)系統(tǒng)也將升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)高精度的飛行時(shí)間測(cè)量，測(cè)量精度要求小于25ps。本文將討論ETOF升級(jí)讀出電子學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，重點(diǎn)介紹時(shí)間測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方法和升級(jí)系統(tǒng)中采用的方案、時(shí)間數(shù)字化插件（TDIG，TimeDigital）的設(shè)計(jì)和測(cè)試結(jié)果。粒子物理實(shí)驗(yàn)中，飛行時(shí)間測(cè)量通常對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)定時(shí)甄別，再經(jīng)時(shí)間

5、數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。第二章介紹時(shí)間測(cè)量方法，詳細(xì)闡述被廣泛采用的前沿定時(shí)和計(jì)數(shù)器型時(shí)間數(shù)字化技術(shù)，引入高性能TDC——HPTDC的介紹。由于前沿定時(shí)需要修正“時(shí)間游動(dòng)”效應(yīng)，常用的方法有電荷修正，幅度修正等。其中電荷修正方法在大型探測(cè)器系統(tǒng)中被采用，實(shí)現(xiàn)的前提是對(duì)信號(hào)進(jìn)行電荷測(cè)量。第二章中介紹電荷測(cè)量技術(shù)，如波形采樣，電荷電壓轉(zhuǎn)換和電荷時(shí)間轉(zhuǎn)換等。詳細(xì)說明通過測(cè)量時(shí)間實(shí)現(xiàn)的電荷時(shí)間轉(zhuǎn)換和基于這個(gè)方法的TOT技術(shù)。第三章調(diào)研國內(nèi)外大型探測(cè)器系統(tǒng)讀