飛行時(shí)間系統(tǒng)是北京譜儀上區(qū)分粒子的主要裝置(已修改)
2025-07-04 17:10 本頁(yè)面
【正文】 飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器置于主漂移室和晶體量能器之間（），，基本覆蓋了主漂移室和量能器的接收度。飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器用來(lái)測(cè)量帶電粒子在主漂移室內(nèi)的飛行時(shí)間，主要功能是通過(guò)所測(cè)量的飛行時(shí)間信息，結(jié)合主漂移室測(cè)得粒子的動(dòng)量和徑跡，從而辨別粒子的種類；同時(shí)它也參加第一級(jí)觸發(fā)判選；而且可以利用不同探測(cè)器輸出信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系來(lái)排除宇宙線本底。 BESIII總體框圖。桶部和端蓋TOF都是置于主漂移室和量能器之間，前者將固定于主漂移室上，后者固定到端蓋量能器上。 飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器主要物理目標(biāo)是粒子鑒別，其能力大小主要由相同動(dòng)量粒子的飛行時(shí)間差和飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率所決定。飛行時(shí)間差隨飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器的內(nèi)半徑的變大而增加；時(shí)間分辨率分別由正負(fù)電子對(duì)撞的起始時(shí)間推算精度和粒子打到飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器后測(cè)量的截止時(shí)間的精度決定，其中飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器的本征時(shí)間分辨率是主要因素。 TOF時(shí)間分辨率分析每層TOF的時(shí)間分辨率受多種因素影響，總的時(shí)間分辨率可表示為：1) , TOF 本征時(shí)間分辨。TOF 本征時(shí)間分辨與閃爍體和光電倍增管的性能、參數(shù)直接相關(guān)，如下面的公式所示[1]： 其中，是閃爍體的衰減時(shí)間，L是擊中位置到光電倍增管的距離，是光電倍增管中光電子的渡越時(shí)間漲落，是光電子數(shù)。 與閃爍體的光產(chǎn)額、厚度、衰減長(zhǎng)度、光傳輸距離和光電倍增管的量子效率都有關(guān)：其中，是光波長(zhǎng)， 是單位厚度閃爍體的光產(chǎn)額， 是粒子穿過(guò)閃爍體的厚度，閃爍體的衰減長(zhǎng)度, 是光電倍增管的量子效率函數(shù)。根據(jù)我們和BELLE的經(jīng)驗(yàn)，我們希望單層TOF的本征時(shí)間分辨率達(dá)到80ps（ and ）。2) , 束團(tuán)時(shí)間不確定性。束團(tuán)時(shí)間的不確定性與加速器儲(chǔ)存環(huán)中的高頻時(shí)鐘和穩(wěn)相精度有關(guān)。根據(jù)BEPCII的設(shè)計(jì)指標(biāo)，其高頻時(shí)鐘周期為2ns，穩(wěn)相精度為1176。，所以本征的束團(tuán)時(shí)間誤差為５ps?？紤]到在讀出過(guò)程中，時(shí)鐘信號(hào)傳輸和寄存等會(huì)造成時(shí)間晃動(dòng)，我們希望這項(xiàng)誤差達(dá)到20ps以內(nèi)。3) , 束團(tuán)長(zhǎng)度形成的對(duì)撞時(shí)刻的不確定性。正負(fù)電子兩個(gè)束團(tuán)都有一定長(zhǎng)度，這樣它們相撞的準(zhǔn)確時(shí)刻無(wú)法知道。根據(jù)BEPCII的設(shè)計(jì)指標(biāo)，即50ps。兩束團(tuán)相撞可以簡(jiǎn)化考慮為一個(gè)靜止、一個(gè)運(yùn)動(dòng)，相撞發(fā)生的幾率是兩個(gè)束團(tuán)密度的乘積。這樣，如果考慮兩個(gè)束團(tuán)密度都按高斯分布，其標(biāo)準(zhǔn)偏差將不確定性減少倍,即 35ps。 4) , 來(lái)源于粒子擊中閃爍體的Z向定位的不確定性。在測(cè)量飛行時(shí)間時(shí)，閃爍體中的光傳輸時(shí)間必須要扣除。其精度取決于由MDC徑跡重建外推的閃爍體的Z向定位。根據(jù)模擬，其精度為幾個(gè)毫米，, 這項(xiàng)誤差約為25ps。5) , 來(lái)源于電子學(xué)時(shí)間測(cè)量。TOF電子學(xué)時(shí)間測(cè)量將使用CERN HPTDC，其設(shè)計(jì)指標(biāo)為25ps。6) , 來(lái)源于預(yù)期飛行時(shí)間不確定性。TOF粒子鑒別能力受測(cè)量與預(yù)期的粒子飛行時(shí)間之差影響。預(yù)期的粒子飛行時(shí)間的精度取決于徑跡長(zhǎng)度和動(dòng)量的精度，即MDC的性能。根據(jù)模擬，徑跡長(zhǎng)度的重建誤差為毫米量級(jí)。在1Tesla時(shí)，%。所以，我們估計(jì)的誤差約為 30ps。7) ,來(lái)源于電子學(xué)閾效應(yīng)的時(shí)間修正過(guò)程。T(ns)V(mv)圖 過(guò)閾甄別時(shí)間測(cè)量的修正TOF 的時(shí)間測(cè)量將采用過(guò)閾甄別，這樣對(duì)幅度不同的信號(hào)將產(chǎn)生測(cè)量誤差，所以在刻度重建過(guò)程里將利用幅度值進(jìn)行修正，修正的精度取決于幅度測(cè)量的精度和閾值的高低。為提高修正精度并壓低
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