BESⅢ端蓋飛行時間讀出電子學系統(tǒng)升級設計.pdf

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

2、京正負電子對撞機（BEPC）和北京譜儀（BESIII）于2008年7月成功升級，升級后系統(tǒng)分別稱為BEPCII和BESIII。作為對撞機的核心部分之一，北京譜儀BESIII擔負著測量和分辨對撞機產(chǎn)生的粒子任務，由主漂移室，飛行時間計數(shù)器（TOF），μ子計數(shù)器，以及對應的讀出電子學系統(tǒng)等組成。自升級后運行以來，各項指標均滿足設計要求，取得一系列重大成果。飛行時間計數(shù)器（TOF）是BESIII實現(xiàn)粒子分辨的重要部分，測量帶電粒子飛行時間，分

3、為端蓋（ETOF）和桶部（BTOF）兩部分，其中BTOF是世界上同類TOF探測器中性能最好的，時間測量精度小于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徑跡重建導致Z向擊中位置不確定；3）受到噪聲問題的困擾，導致ETOF測量精度僅138ps。為實現(xiàn)更高的時間分辨和提高粒子分辨能力，ETOF系統(tǒng)將升級，包括探測器和讀出電子學系統(tǒng)。升級后的系統(tǒng)探測器將使用MRPC技術，具有高時間分辨精度和探測效率，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)中成功運用。根據(jù)MRPC探測器輸出特點，飛行時間讀出電子學系統(tǒng)也將升級，以實現(xiàn)高精度的飛行時間測量，測量精度要求小于25ps。本文將討論ETOF升級讀出電子學系統(tǒng)實現(xiàn)方案，重點介紹時間測量的實現(xiàn)方法和升級系統(tǒng)中采用的方案、時間數(shù)字化插件（TDIG，TimeDigital）的設計和測試結果。粒子物理實驗中，飛行時間測量通常對探測器輸出信號定時甄別，再經(jīng)時間

5、數(shù)字化實現(xiàn)。第二章介紹時間測量方法，詳細闡述被廣泛采用的前沿定時和計數(shù)器型時間數(shù)字化技術，引入高性能TDC——HPTDC的介紹。由于前沿定時需要修正“時間游動”效應，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器系統(tǒng)中被采用，實現(xiàn)的前提是對信號進行電荷測量。第二章中介紹電荷測量技術，如波形采樣，電荷電壓轉(zhuǎn)換和電荷時間轉(zhuǎn)換等。詳細說明通過測量時間實現(xiàn)的電荷時間轉(zhuǎn)換和基于這個方法的TOT技術。第三章調(diào)研國內(nèi)外大型探測器系統(tǒng)讀