RIBLL實(shí)驗(yàn)布局

1、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介1初級(jí)束我們使用能量為58MeV/u的40Ar18+作為實(shí)驗(yàn)初級(jí)束，由中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所重離子國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的SFC+SSC加速器提供，初級(jí)束流經(jīng)過(guò)直徑為12mm的鉛光欄進(jìn)行準(zhǔn)直后，入射到靶平面。靶平面初級(jí)束流強(qiáng)度可由穿透式法拉第筒得到，我們?cè)诔跫?jí)反應(yīng)靶前、束流中心處放一穿透式法拉第筒，其兩面貼有6µm的Al膜，且直接與一電流皮安表相連接，當(dāng)束流穿過(guò)法拉第筒時(shí)，會(huì)與Al膜相互作用，產(chǎn)生散射電子，法拉第筒收集產(chǎn)生的散射電子，就會(huì)在電流皮安表中產(chǎn)生電流，此電流值正比與束流強(qiáng)度，我們?cè)跀?shù)據(jù)獲取過(guò)程中，大約每隔1s不間斷的記錄這個(gè)電流值，然后根據(jù)此電流值與束流強(qiáng)度的刻度系數(shù)，即可獲

2、得最終的束流強(qiáng)度，其刻度方法見(jiàn)數(shù)據(jù)分析過(guò)程部分。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，在產(chǎn)生靶的后下方放置一金硅面壘探測(cè)器，用來(lái)測(cè)量束流穿過(guò)靶物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的次級(jí)電子及背散射粒子，來(lái)完成對(duì)初級(jí)束流強(qiáng)度的測(cè)量，這種方法在低流強(qiáng)情況下使用，由于低流強(qiáng)下法拉第筒的暗電流會(huì)對(duì)測(cè)量電流值帶來(lái)很大的影響。實(shí)驗(yàn)中束流能量的準(zhǔn)確值可以通過(guò)D1磁鐵的磁鋼度值計(jì)算得到。我們測(cè)量C1阻止式法拉第筒與T0穿透式法拉第筒的電流比值隨D1磁鋼度的變化關(guān)系，得到兩者比值最大時(shí)對(duì)應(yīng)的D1磁鋼度，即為主束能量，詳情見(jiàn)數(shù)據(jù)分析過(guò)程部分。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)束流斑點(diǎn)的變化情況，以保證束流斑點(diǎn)在靶中心位置。其監(jiān)測(cè)方法為，我們?cè)诜磻?yīng)靶的前上，前左，前

3、右方分別放置一塊PIN探測(cè)器，用來(lái)記錄次級(jí)粒子在3個(gè)方向上的計(jì)數(shù)，用穿透式法拉第筒進(jìn)行歸一，即可知道初級(jí)束斑點(diǎn)是否發(fā)生偏移，詳情見(jiàn)數(shù)據(jù)分析過(guò)程部分。2 靶厚我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用了約500µm的Be靶與60µm的Ta靶。靶厚度的準(zhǔn)確值可以通過(guò)初級(jí)束在靶中的能損的測(cè)量得到，使用D1磁鐵測(cè)量初級(jí)束通過(guò)靶后的能量，方法如同測(cè)量主束能量，然后與主束能量相比較，即可得到主束在靶中的能損。僅從碎片的產(chǎn)額考慮，我們知道靶越厚，初級(jí)束穿過(guò)靶物質(zhì)時(shí)，與靶核發(fā)生相互作用的幾率越大，產(chǎn)生碎片的產(chǎn)額越高，這有利于豐中子、豐質(zhì)子等奇異核素的產(chǎn)生。但厚度增加也會(huì)帶來(lái)不利的影響，一方面，靶厚增大，彈核碎

4、裂產(chǎn)物在靶中發(fā)生二次反應(yīng)的概率也增大，這會(huì)減小同位素的產(chǎn)額；另一方面，靶厚增加，在靶中發(fā)生反應(yīng)位置變化造成碎裂產(chǎn)物在靶中能損的差異也會(huì)增加，這種差異會(huì)造成碎片動(dòng)量分布的展寬，對(duì)于有確定動(dòng)量接受度的束流線，寬的動(dòng)量分布會(huì)造成束流線傳輸效率的降低，從而使碎片傳輸?shù)绞€終端的產(chǎn)額降低。因此在實(shí)驗(yàn)中，為了得到較高的碎片產(chǎn)額，靶厚的選擇要兩者兼顧，選擇適當(dāng)?shù)陌泻瘛? RIBLL簡(jiǎn)介RIBLL全長(zhǎng)約35米，主要由電磁元件（包括4塊二極磁鐵，大小5種類型共16塊四極磁鐵以及一塊Swinger磁鐵）、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、束診、探測(cè)器、數(shù)據(jù)獲取、控制等分系統(tǒng)所組成，總體布局如圖1所示。圖中Q、D、T、C分別表示

5、四極透鏡、二極透鏡、聚焦點(diǎn)及色散點(diǎn)。RIBLL線是一條雙消色差反對(duì)稱譜儀，其中T0-C1與C1-T1以及T1-C2與C2-T2段是分別對(duì)稱，而T0-T1與T1-T2段是反對(duì)稱的。這種結(jié)構(gòu)不僅有利于消除鄰近核素的污染，提高RIB的純度，而且T1-T2段也可作為一個(gè)單獨(dú)的0°角磁譜儀用于高精度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量工作。本實(shí)驗(yàn)既工作在0°角磁譜儀模式下，初級(jí)束在T0靶室打靶發(fā)生彈核碎裂反應(yīng)，碎裂產(chǎn)物在T0-T1段實(shí)現(xiàn)粒子的分離，在T1-T2段利用Bp-ToF-E-E方法實(shí)現(xiàn)粒子的鑒別，其鑒別原理已在前言提及。RIBLL layout4. RIBLL的動(dòng)量及角接收度我們通過(guò)C1散焦面的2維狹

6、縫來(lái)控制RIBLL的動(dòng)量接受度，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們將C1狹縫寬度設(shè)為±4mm，對(duì)應(yīng)動(dòng)量接受度為P/P=0.4,這個(gè)動(dòng)量接受度相對(duì)于碎片的動(dòng)量分布寬度是非常窄的，所以我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中設(shè)置了一系列的磁鋼度值，覆蓋了整個(gè)豐中子，豐質(zhì)子區(qū)，目的是得到碎片完整的動(dòng)量分布，以便對(duì)碎片產(chǎn)生截面的提取。角接受度是由D1前的四維狹縫決定的，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，將狹縫全部拉開(kāi)為±10cm，以便覆蓋碎片的整個(gè)發(fā)射角。但是對(duì)那些A,Z與炮彈相差較大的碎片，這個(gè)角接受度仍不能完全覆蓋碎片整個(gè)發(fā)射角，這會(huì)造成碎片在束流線中的損失。因此為了計(jì)算碎片產(chǎn)生的截面，我們要對(duì)這個(gè)損失進(jìn)行修正，具體修正方法見(jiàn)RIB

7、LL傳輸效率節(jié)。5. 磁鋼度 由于我們RIBLL的動(dòng)量接受度設(shè)置為0.4，這個(gè)寬度遠(yuǎn)小于碎片的動(dòng)量分布寬度，為了得到碎片完整的動(dòng)量分布，我們需要測(cè)量不同磁鋼度值下的碎片產(chǎn)額。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)置了較寬的磁鋼度范圍，如圖2圖2 磁鋼度的變化范圍5. 探測(cè)器 探測(cè)器布局如下：探測(cè)器布局圖在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)量每一個(gè)碎片的飛行時(shí)間ToF，能量損失E及E信息，利用Bp-ToF-E-E方法實(shí)現(xiàn)粒子鑒別。ToF探測(cè)器是一種閃爍薄膜發(fā)光、橢球面鏡聚焦、光電倍增管讀出的時(shí)間探測(cè)器，詳情見(jiàn)參考文獻(xiàn)李99，本次實(shí)驗(yàn)選用的閃爍薄膜為厚度50µm的BC-418朔料閃爍體。飛行時(shí)間的起始探測(cè)器放置于T1靶室，飛

8、行時(shí)間的停止探測(cè)器放置于T2靶室，兩探測(cè)器之間相距為17.5m。兩片325µm的金硅面壘探測(cè)器放置與T2作為能量損失探測(cè)器，E探測(cè)器為一塊80x80x10mm的CsI晶體，它通過(guò)真空耦合的光電倍增管，四路讀出，將四路電子學(xué)做刻度后將幅度相加作為碎片的E信號(hào)，而且通過(guò)分析四路信號(hào)，還可以得到位置信息，詳情見(jiàn)參考文獻(xiàn)秦99。另外在T1,C2,T2各放置一平行板雪崩計(jì)數(shù)器PPAC王03，用來(lái)測(cè)量粒子的飛行軌跡，可以對(duì)各個(gè)事件分析其磁鋼度值。李99.李加興等，高能物理核物理 1999  23 (03): 231236秦99.秦禮軍等，高能物理核物理 1999 &

9、#160;23 (07): 629635王03.王猛等，核技術(shù)，2003 26(3)：6. 電子學(xué)系統(tǒng)及獲取系統(tǒng)下圖顯示了實(shí)驗(yàn)中電子學(xué)簡(jiǎn)圖。T0靶室四路束斑監(jiān)測(cè)探測(cè)器的時(shí)間信號(hào)經(jīng)過(guò)前放，主放的放大，濾波成形處理后，進(jìn)行邏輯甄別，然后送入Scaler計(jì)數(shù)器記錄。穿透式法拉第筒測(cè)量的電流值由電流皮安表讀出，并由計(jì)算機(jī)以每秒采集一次數(shù)據(jù)的頻率記錄。T1,C2,T2靶室的PPAC,SSD1,SSD2,CsI等探測(cè)器的能量信號(hào)經(jīng)過(guò)前放，主放的放大，濾波成形處理后，送入ADC記錄，而ToF的開(kāi)始和停止信號(hào)經(jīng)過(guò)甄別，延遲處理后，送入TDC記錄。Trigger信號(hào)由T1靶室的ToF start，T2靶室的ToF stop及兩片SSD四路時(shí)間信號(hào)的符合信號(hào)提供，作為這個(gè)獲取系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)。下圖為數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，它是一套基于PCLinux的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，系統(tǒng)采用PCI-CAMAC總線標(biāo)準(zhǔn)，CAMAC插件與計(jì)算機(jī)之間的通訊通過(guò)CC32機(jī)箱控制器和PCIADA卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的各個(gè)探測(cè)器信號(hào)，通過(guò)中斷處理方式，被計(jì)算機(jī)記錄，由CERN的PAW分析平臺(tái)，可方便的實(shí)現(xiàn)在線，離線分析。將獲取計(jì)算機(jī)與Intranet相連接，通過(guò)SSH協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在RIBLL工作組內(nèi)安全、高速地傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，將CAMAC插件中