强激光与粒子束第18卷第4期Vol.18,No.42006年4月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSApr.,2006文章编号:1001-4322(2006)04-0663-04多丝室在北京试验束中的应用*沈激1陈子瑜1叶云秀1崔象宗2李家才2,,,,(1.中国科学技术大学近代物理系,合肥230026;2.中国科学院高能物理研究所,北京100049)摘要:介绍了北京正负电子对撞机直线加速器附设e,π试验束多丝室的结构及工作机理。该室间隙窗口面积位置灵敏面积阳极丝和阴极丝分别采用直径为和6mm,80mm×80mm,50mm×50mm;20µm50镀金钨丝阳极丝距阴极丝距每根阴极丝并联构成阴极条阴极条间距采用阴µm,2mm,0.7mm,6,4.2mm。极条感应重心读出分辨位置,对5.9keV的γ光子,获得优于0.3mm(FWHM)的位置分辨;对1.1GeV电子束流,获得0.224mm(FWHM)的位置分辨。关键词:北京正负电子对撞机;试验束;阴极感应;重心读出;多丝室;位置分辨中图分类号:TL815文献标识码:A北京正负电子对撞机(BEPC)直线加速器引出能量为1.10～1.55GeV初级电子束,在向存贮环注入的间隙时间,偏转分叉后引入靶区打靶产生γ,e±,π±,p等次级粒子,用来进行1GeV附近粒子探测器和交叉学科研究,这套装置称为北京试验束。试验束长22m,由磁谱仪(四极磁铁LQ1和LQ2,偏转磁铁D1和D2),契仑科夫计数器C,闪烁计数器SC1和SC2,两个2维读出多丝室(MWPC)组成,见图1。狭缝决定束流截面尺寸和动量范围,图中闪烁计数器SC1和SC2构成粒子飞行时间谱仪,用于强子π和p的鉴别;气体阈式电子契仑科夫计数器用于选择电子;多丝室MWPC1和MWPC2构成粒子描迹仪,用于确定粒子运动方位,并与磁谱仪一起分析粒子动量[1]。Fig.1ArrangementforBEPCtestbeam图1MWPC在试验束线上的安排多丝室于20世纪60年代末问世[2],在带电粒子和低能辐射位置测量中有广泛应用[3-6]。它的内部有一个阳极金属丝面,两侧是互相垂直的金属丝或金属条构成的阴极面。阳极与阴极之间施加高压,射线在室内工作气体中引发电离,产生的电子漂移到阳极强场附近引起雪崩,雪崩产生的大量电子被阳极迅速吸收并在阳极丝负载电阻上形成信号,留下的正离子则在阴极面上感应出电荷分布。利用阳极读出或阴极感应读出可以确定粒子位置[7],其中阴极感应读出能够给出更为精确的定位。本文介绍它们的结构和在位置分辨研究中的应用。多丝室的结构1研制的多丝室外形为150mm×150mm×56mm,两侧为合金铝框,各有连接供气系统的接口;内层为6厚的环氧树脂板框架框架镶嵌布丝印刷电路板框架之间用橡胶圈密封窗材料是涤纶mmG10,,O;25µm膜面积如图和图所示阳极和阴极分别采用直径和镀金钨丝施加张力,80mm×80mm,23。Ф20µmФ50µm布成,阳极丝间距2mm,阴极丝间距0.7mm,室间隙(阳极与阴极距离)6mm;每6根阴极丝并联构成阴极条,阴极条间距4.2mm,通过电阻接地,用于位置读出。阴极丝面位于阳极丝面两侧,如图4所示。多丝室工作机理2多丝室工作时阴极处于地电位,阳极连接正高压。远离阳极丝面处,电场近似均匀;阳极丝附近,电场逐渐加强,数值与到阳极丝中心的距离近似成反比,在阳极丝周围形成强场区,如图5所示。常压下高纯氩气混合*收稿日期:2005-09-14;修订日期:2005-12-26基金项目:BEPC重大改造工程项目经费资助课题作者简介:沈激,男;shenji@ustc.edu.cn。书466强激光与粒子束第18卷Fig.2ConfigurationofMWPCforBEPCe,πtestbeamFig.3ConstructionoftheMWPC图2北京e,π试验束中的MWPC图3MWPC结构Fig.4ElectrodeoftheMWPCFig.5Electricfieldabouttheanodewires(HV:3.8kV)图4MWPC电极图5阳极丝附近强电场分布(HV:3.8kV)20%(体积分数)的二氧化碳后缓慢流过多丝室,射线使气体电离而产生的电子漂移到达阳极丝附近,在平均自由程内加速获得的动能足以引发新的电离,于是发生电荷雪崩,直到产生的负电荷将阳极电场屏蔽。雪崩产生的电子被阳极吸收,在阳极电阻上产生阳极信号,留下的正电荷在阴极条感应出信号。信号经过电荷灵敏前置放大[8]、放大和成型等电子学处理进入CAMAC和计算机系统[9],如图6所示。Fig