4101主漂移室电子学-BES.DOC

电子学 796根信号丝的输出信号，并经过一系列处理后将数据传送至在线数据获取系统作进一步分析处理。其主要任务可归结为： ① 精确测量对撞产生的次级粒子在穿过室本体时所产生的电离电子到阳极丝（信号丝）的漂移时间，从而给离线分析提供粒子穿过室本体时在(r，()Z向的位置坐标由斜丝法通过离线分析给出，其R向位置则由信号丝的径向坐标给出。 ② 测量阳极丝（信号丝）输出信号所携带的电荷量，以确定粒子穿过室本体时的能量损失dE/dx，Trigger）提供各个漂移单元信号丝的命中信息，作为其一级判选的依据之一。 ④ 接受触发判选系统的判选结果，若判选有效，则将所得数据缓存以便读出，否则则将所得数据适时予以丢弃。 1. 电荷测量 (1) 电荷分辨 按MDC室本体的设计，在所选用的气体和工作条件下，对最小电离粒子的最可几能量损失的dE/dx分辨要求达到= 该项分辨主要由两部分组成室本体的贡献和电子学的贡献。室本体固有的能量分辨是系统dE/dx分辨的主要贡献者。为了尽量减少电子学系统对dE/dx分辨的影响，其贡献小于室本体贡献的15%。容易算得： Landau分布，能量损失的高端有很长的尾巴。通常在考虑能量分辨时，对这些高端信号要作高端截断处理，截端平均可按70%考虑。设单个通道电子学电荷测量的分辨为，0.9%， 由此得：≈5% MDC在设计的工作参数下其最小电离粒子的最可几输出电荷量根据估算约100fc， 这实际上就是系统等效输入噪声电荷的设计值。 (2) 动态范围 MDC信号丝的单丝输出噪声电荷所决定。考虑到后者的贡献比每道电子学的要大得多，因此量程低端可取为15fc。 如前所述，粒子穿过室体时的电离能量损失服从landau分布，由于这一分布的范围很宽，电荷测量的动态范围不可能覆盖这一能量损失的全部范围。如前所述，与这一分布的峰值相应的最小电离粒子的最可几输出电荷量约100fc，参考BESII MDC多年来dE/dx测量的结果， BESIII MDC 电荷测量的高端可按1800fc考虑。 (3) 积分非线性 在满量程范围内(15fc-1800fc)，积分非线性可控制在 INL ( 2 %。必要时可进行二次项非线性修正，以提高线性度。非线性修正的工作可由数据读出机箱的主控制器-PowerPC 来完成。 1. 时间测量 (1) 时间分辨 如前所述，漂移室通过测量漂移时间来确定粒子穿过室体时的径迹。按总体设计要求，径迹测量的定位误差要求达到 =130μm 该项误差主要由两部分构成：一部分是室本体单丝空间分辨的贡献，该项贡献主要是由电离电子在向阳极丝漂移过程中的扩散效应等所造成。另一部分则是单个通道电子学对位置分辨的贡献。若取 15%(，则有 按BESIII MDC 的设计，在所选用的气体和电场条件下，电离电子在室体中的漂移速度为30μm/ns，上限可取为0.67ns。因此，将时间分辨的设计目标确定为： 上面讨论的电子学的时间分辨实际上源于四部分： ① 正、负电子束团在Z向（束流方向）展开所造成的对撞时刻的不确定性，从而造成对撞所产生的次级粒子出射时刻的不确定性。按BEPCII的设计，束团在Z向展开的长度(z = 1.5cm，因此，粒子出射时刻的不确定性为： 式中c是光速。对于漂移室的时间测量来说，该项误差可以忽略不计。 ② 低阈甄别由于幅度效应所造成的定时误差。漂移室输出信号的动态范围大，估计由此造成的定时误差 (t2 ≈1ns。这部分误差离线分析时用测得的电荷量进行修正，因此这里可不予考虑。 ④ TDC测时误差 (t3 。这是电子学时间分辨的主要来源。利用基于CERN HPTDC芯片设计的时电路，由于芯片本身的测时误差可以到250ps，因此电子学系统的时间分辨取为0.5ns是较为合理的选择。(2) 量程 时间测量的量程由电离电子在室本体中的漂移时间决定。当粒子击中信号丝，漂移时间为0；当粒子从小单元一个顶角的内侧穿过，则有最大漂移时间～350ns（详见下节讨论）。为留有余地，时间测量的量程取为0-400ns。 (3) ns）内，积分非线性可控制在INL ( 0.5％。必要时可利用PowerPC在数据读出过程中进行二次项非线性修正，以提高线性度。 系统设计考虑 设计中的BEPCII将采用多束团运行，对撞周期为8ns，而触发判选系统一级判选所需要的时间Trigger latency）为6.4s，远大于对撞周期，因此电子学系统设计必须采用流水线技术，高速地信息获取和暂存，才能不丢失好事例信息。 BEPCII的设计亮度将达到1×1033/cm2/s，漂移室又处在谱仪内层，紧靠对撞点，电子学