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对撞机物理在粒子物理领域几十年来的进展中已成为一种占主导地位的高能加速器,其未来的发展方向:一是将能量提高;二是增加加速器亮度,提高探测器精度。按照第二种思路来设计的新北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)是一个高亮度、多束团的对撞机。与BEPCⅡ相配合北京谱仪(BESⅢ)是采用现代探测技术的高质量探测器。BESⅢ的子探测器-飞行时间探测器(TOF)主要物理目标是粒子鉴别,其能力大小主要由相同动量粒子的飞行时间差和TOF的时间分辨率所决定。
实验中对于BESⅢ-TOF设计方案所采用的塑料闪烁体、光电倍增管和包装材料的性能进行了研究和测试,并通过1:1模型的束流实验得到飞行时间探测器的本征时间分辨率。实验测量了辐照前后塑料闪烁体的发射光谱、透射光谱和光产额,同时根据实验束测量的结果(衰减长度、本征时间分辨率等)以及性价比因素,选择TOF的塑料闪烁体为EJ200,尺寸为5cm×6cm×240cm。研究了利用LED测量光电倍增管单光电子峰;利用级联γ放射源60Co在光阴极窗产生Cherenkov光,获得光电倍增管渡越时间涨落;测量了在强磁场下光电倍增管的增益。通过束流试验研究了塑料闪烁体的材料、塑料闪烁体的厚度以及包装材料与本征时间分辨率的关系。束流实验的结果显示:镀铝薄膜包装的EJ200两端通过精细网型光电倍增管R5924读出,实现了对于800MeV的电子本征时间分辨率好于90ps。
通过以上的研究,最终确定了BESⅢ-TOF的设计方案,工作条件,并达到预期的性能指标,同时为探测器制造积累了经验。