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* * * 第12届全国粒子物理学术会议 第12届全国粒子物理学术会议 第12届全国粒子物理学术会议 第12届全国粒子物理学术会议 RD on thin glass electrodes MRPC for CBM TOF 孙勇杰 中国科学技术大学近代物理系 核探测与核电子学国家重点实验室 Outline CBM实验和TOF需求 提高MRPC计数率 Thin glass MRPC研制 总结与展望 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 对QCD相图的探索 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 温度 T （MeV） 重子化学势 μB （MeV） 高温QCD LHC，RHIC √sNN ~ 0.05 - 5 TeV RHIC CBM 1）QCD临界点 2）QCD一级相变边界 3）夸克素物质 在高重子势下， 固定靶实验具有 更多优势！ CBM(Compressed Baryonic Matter)实验 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * FAIR@GSI TOF上的计数率分布 9m 13.5 m 对TOF系统的性能要求 TOF总面积~120 m2 计数率：~0.3-25 kHz/cm2 时间分辨：σTOF = 80 ps 无触发的数据获取模式 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 高时间分辨的MRPC探测器 MRPC：时间分辨好，探测效率高，每通道成本低，读出方式灵活，非常适合建造大面积多通道的飞行时间探测器系统 已经成功应用于LHC-ALICE @ CERN, RHIC-STAR@BNL, GSI-FOPI @ Germany, BES ETOF @BEPC等实验 中国科学技术大学从2000年开始MRPC的相关研究工作 先后研制并完成建造STAR-TOF、STAR-MTD、BES-ETOF等实验的MRPC探测器 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * MRPC的计数率能力 MRPC通常采用浮法玻璃电极制作 浮法玻璃成本低、表面光洁、平整度好、性能稳定 体电阻率~1012 Ωcm 计数率能力：100-300 Hz/cm2 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 影响MRPC计数率能力的主要因素是气隙中的工作电压Veff： 提高计数率的主要方法： 1）降低体电阻率ρ 2）减小电阻板厚度d 3）减小平均雪崩电荷量Q 1）研制低阻材料 2）选用超薄玻璃 3）减小气隙厚度 超薄玻璃MRPC 在CBM~120 m2的TOF墙上，外围区域（A区）占总面积的~54%，计数率~1 kHz/cm2 采用超薄浮法玻璃电极研制MRPC： 降低成本 性能可靠 达到50 ps的时间分辨性能 实现阻抗匹配。 关键问题： 超薄浮法玻璃MRPC的制作技术 MRPC特性阻抗匹配 探测器性能研究 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 超薄浮法玻璃MRPC 在高计数率条件下影响MRPC性能的主要因素是阻性板上的电压降减小了气隙中的实际工作电场。 超薄浮法玻璃生产工艺成熟，成本相对低廉。 通过减小气隙宽度，降低平均雪崩电荷量。 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 超薄浮法玻璃厚度：0.28 mm 脆：易碎 柔：易变形 ?对结构设计和制作工艺提出了巨大的挑战。 目标：计数率提高~1个数量级，达到CBM-TOF外围区域的计数率要求。 超薄玻璃MRPC制作 控制气隙精度和均匀性：机械应力、材料本身形变 电极板间的电场力：在110 kV/cm的强电场下，电极板的位置一旦偏离平衡位置，会使相邻的电极板互相靠近，甚至贴合在一起。 解决办法： 提高对材料的要求和质量控制：蜂窝板、印刷线路板等材料的刚性和平整性 改进MRPC的设计、支撑结构的精度 优化和调整制作工艺，提高制作精度 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 完成了单层12气隙，气隙宽度140 μm MRPC的制作，气隙均匀，在130 kV/cm的工作电场下，性能稳定。 MRPC特性阻抗研究 MRPC的特性阻抗较低，在信号读出端可能发生反射。 反射不会影响前沿定时的时间测量，但会影响幅度测量的精度。 在采用TOT（Time-Over-Threshold）“测量”幅度时，反射造成TOT分布的“多峰”。 TOT测量主要用于T-A（时-幅）修正，通过改进刻度方法，可以减少多峰的影响。 2016年8月24日 第12届全国粒子物理学术会议 * 在CBM的高计数率环境下，前端电子学的响应更快，DAQ系统运行在无触发的“streaming”模式下，反射信号会被DAQ全部记录，造成DAQ崩溃。 CBM MRPC必须解决信号的反射问