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一、北京谱仪重大改造项目
BESIII探测器、电子学的研制和建造
2011-01-03 | 【

第三代北京谱仪BESIII是国家大科学工程-北京正负电子对撞机重大改造项目(BEPCII/BESIII)的重要组成部分。BESIII探测器由小单元氦基气体漂移室、CsI(Tl)晶体电磁量能器、塑料闪烁体飞行时间计数器、阻性板室(RPC) μ子鉴别器及超导磁铁构成。整个探测器约3万道,具有当前国内、国际先进的探测器设计和建造技术。其中漂移室采用氦基、铝丝及小单元,是国内第一个大规模的小单元漂移室,动量分辨达0.6%@1GeV,位置分辨130um;采用吊挂无缝方式的CsI(Tl)晶体量能器,能量分辨为2.5%@1GeV ;飞行时间计数器时间分辨为100ps,是国际上时间分辨最高的探测器之一;Muom探测器采用自己研制的阻性板,由9层RPC构成;采用超导技术的磁铁磁场强度达1T,是目前国内最大的单体超导磁铁。

BESIII的读出电子学系统,包括漂移室电子学、电磁量能器电子学、飞行时间计数器电子学和Muon探测器电子学。系统基于VME总线设计,采用先进的流水线工作方式和CBLT数据传输技术,进行高精度的时间和电荷测量,系统集成度高,噪声水平低。

北京谱仪的触发判选系统,由MDC寻迹、TOF击中、EMC能量甄别、径迹配对、总触发及控制等子系统构成。系统设计采用了流水线式多路串行数据传输、光纤传输等先进技术。

北京谱仪的数据获取系统,完成4000Hz高事例率的数据读出和处理。系统采用了国际上先进的设计思想,应用分布式并行处理技术,基于网络交换的事例组装和基于普通PC的计算机集群用于软件触发,各处理节点并行工作,可以支持每秒百兆字节的数据获取能力。

北京谱仪的慢控制系统,监测、处理、记录和分析分布于谱仪各个部位的气体、高压等数据信息,实现安全联锁。该系统是一个涉及30余种物理量、近万个监测点的庞大系统。

该项目表明,高能所在电荷测量、时间测量和事例测量方面均处于国内领先地位,具有完整的系统设计能力。其中:飞行时间测量(TOF)的电子学时间测量精度,达到了国际一流水准的25ps指标;大规模光纤数据传输、各电子学子系统的光隔离接地处理、系统时钟的稳相光缆应用和20ps的时钟晃动精度、整个读出电子学VME9U系统的CBLT数据传输、MDC电子学系统的厚膜前端电路设计、EMC电子学的低噪声前置放大器和分段式高精度ADC系统设计、MUON电子学的长距离菊花莲串行数据传输和FPGA前端电子学的SEU/SELU防护设计、触发判选系统的可重构触发逻辑机制和流水线进程等,创造了一系列国内第一的纪录,有很大的突破和发展。

中国科学院基础局组织专家组于2009年4月2日对BESIII探测器进行了工艺测试。专家组听取了BESIII总体研制报告和四个主要子探测器的研制和性能报告,进行了现场考察,并查阅了探测器总体及各子探测器的自测报告、运行记录等档案资料。认定各子探测器及其电子学、触发系统、数据获取系统、离线软件系统、技术支持系统、超导磁铁系统和机械系统工作正常。专家组仔细询问和研究了BESIII刻度和重建的方法及结果,认为方法合理,结果可靠。在审核并确认了2008年10月以来获取数据的分析结果及给出的各探测器的主要性能后,专家组一致认为:

1、 BESIII探测器的主要性能,包括MDC的动量分辨、能损(dE/dx)分辨;EMC的能量分辨和位置分辨、TOF的时间分辨、m子探测器的位置分辨都实现了设计报告中规定的性能。

2、 BESIII各系统工作稳定可靠,到目前为止,已经获取了超过6000万的y(2S)数据。

3、BESIII探测器采用了一系列先进设计、技术和工艺,总体和各系统的性能全面达到设计要求,主要技术指标达到了同类装置的国际先进水平。

目前,BESIII已转入稳定运行阶段,截止到2010年6月底,共获取了1亿 ψ(2S)事例、2亿J/ψ事例以及530万ψ(3770)事例。

BESIII的建设成功,表明我国的核探测技术与核电子学水平与世界水平相当。在建设过程中,完成了设计报告中英文各一本,共发表文章130多篇,完成专著一本(即将出版)。

代表性文献:

1.The construction of the BESIII experiment,BES Collaboration,Nucl. Instr. and Meth. A 598 (2009) 7

2.BESIII探测器初步设计报告

3.Preliminary Design Report of The BESIII Detector

4.《北京谱仪的设计与研制》(将由上海科学技术出版社出版)


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