4.11.3触发判选系统的结构-BES.docVIP

触发判选系统 BES的触发系统是BES的快速实时事例选择和控制系统，它要在极高的本底下选出有用的物理事例，把本底压缩到数据获取系统可以接受的程度。BEPCII的高流强要求BESIII触发系统在比原来BESII触发系统高得多的本底下工作，束流的多束团结构也使得触发系统不能再象原来那样在每个束团间隔时间内作一次第一级判选，还有所有探测器以及所有电子学都要重新设计，因此必须对BESIII的触发系统也进行重新设计。 为了确定触发系统和前端电子学的结构，需要较好地了解在1033cm-2 s-1 的高亮度下可能的触发事例率。除了感兴趣的物理事例外，本底事例也会通过触发系统并被记录。BESIII的主要本底是由正负电子束流在对撞过程中产生的巴巴散射和辐射巴巴散射，电子与束流管道中残留气体的库伦散射和韧致辐射以及单束团中电子的Touscheck 散射等电磁相互作用过程产生的。本底事例率的计算比较好的办法是通过蒙托卡罗模拟计算，此项工作正在进行（详见3.4.2对撞区设计）。在此我们根据 BESII 的经验进行一些估算。 BEPCII的最高亮度设计L = 1*1033 cm-2 s-1。根据有关计算，预期J/ψ和ψ事例率分别为NJ/ψ = 2000Hz和Nψ′= 600Hz。考虑探测器的接受度(σBB按|cosθ|0.95计算)，Bhabha事例率为 NBB = L×σBB= 800 Hz。Bhabha事例作为本底应尽量压低，但因为Bhabha事例要用来作为刻度和亮度测量，不能被完全排除，故将通过预定标器进行比例减低。 在北京地区宇宙线的通量为170 m-2s-1，击中BESIII的宇宙线为170 m-2s-1 × 3m × 3m = 1500Hz。BESIII的几何尺寸没有多大改变，所以单位时间击中BESIII的宇宙线数保持不变。但在BESI，宇宙线本底主要靠TOF来压低，只有在40ns时间窗内来到的宇宙线才可能被记录。用这种方法可以排除95%的宇宙线本底。加上顶点探测器等其他触发条件，BESI的宇宙线本底事例率大约仅为1Hz。在BESIII，如果要求必须有TOF信号，则宇宙线本底可压低到1200HZ。由于束团间隔小于8ns，不能再利用时间窗的办法来排除宇宙线本底，也没有顶点探测器。希望通过主漂移室，压低到200 HZ。 束流本底主要是由丢失的正负电子及其与束流管道中残留的气体作用产生的次级粒子探测器记录下来造成的。BEPCII的流强将是BEPC的40倍(I=1.8 A，1.1?1013个电子)，而束流寿命仅为BEPC的一半(τ=3.5 - 3.8hr)。所以BEPCII的电子丢失率将是BEPCI的80倍。由此造成的束流本底也将增加到80倍。正负电子丢失率（dn/dt）=8.7?108/s，具体击中BES的电子数需要详细的模拟计算，这里根据BESII的经验对BESIII的本底及可能通过触发的本底事例率进行估计。 按正负电子沿BEPC环均匀丢失计算，单位时间击中谱仪的丢失电子数为（dn/dt）BESIII ≈1.3?107/s即有约13MHz的束流本底事例。此估算为保守的估算，因为正负电子的丢失不是均匀地分布在环上，在对撞点附近由于磁铁的作用而丢失较多。BESII主漂移室子探测器的内层信号丝，在不同束流强度下，单丝上测量到的本底信号事例率的变化如图4.11-1所示。我们可以近似地认为本底信号与束流的强度成正比。触发判选系统要尽可能地排除这些事例。我们预期BESIII通过触发的束流本底事例率将为 Nbeam = 2000Hz。 4.11-1 不同束流流强下MDC第一层单丝本底记数率 因此，BESIII的触发判选系统把事例率从1.3?107Hz压低到最高事例率 4000Hz 左右。这是数据获取系统可以接受的。 BESIII触发判选系统的要求 BEPCII双环方案中环内束团是，束团间隔为8ns。考虑到探测器信号成形输出、电缆和触发电子学处理电路的延迟，不可能在两次对撞之间完成第一级触发，所以必须对前端电子学数据用流水线式的方法进行存储处理，触发判选系统也要用流水线方式进行处理。信号在长线中的传输、MDC的漂移时间、电子学系统中模拟信号的数字化、触发系统内对信号的处理等都会造成触发判选的结果相对于束流对撞有很大的滞后。为了便于适应对撞机的不同运行模式，现暂定此滞后为6.4μs。前端电子学流水线存储器应能容纳6.4μs内收集的数据，而触发判选系统要在此6.4μs内完成第一级硬件触发并发出触发通过信号L1。触发电路也工作于流水线方式，每个触发流水线时钟周期内做一次判选。触发流水线的时钟频率受到束流环转周期(802ns)和储存环高频频率（.8MHz）的约束。该时钟在双环方案中选为RF41.7MHz（40MHz说明，同理周期25ns表示）。 某一事例如果没有通过