大型磁譜儀的簡(jiǎn)介

1、12022-3-15大型磁譜儀簡(jiǎn)介大型磁譜儀簡(jiǎn)介 鄭志鵬鄭志鵬 中科院高能物理所中科院高能物理所 2002.12.222022-3-15內(nèi)容簡(jiǎn)介內(nèi)容簡(jiǎn)介探測(cè)器原理探測(cè)器原理從單個(gè)探測(cè)器到大型磁譜儀從單個(gè)探測(cè)器到大型磁譜儀磁譜儀的數(shù)據(jù)獲取、分析和主要子探磁譜儀的數(shù)據(jù)獲取、分析和主要子探測(cè)器測(cè)器大型磁譜儀舉例：近期和未來(lái)大型磁譜儀舉例：近期和未來(lái)總結(jié)總結(jié)32022-3-15探測(cè)器原理探測(cè)器原理 基本粒子的尺度：基本粒子的尺度： 10 -17 10-13 cm，而目，而目前最大倍數(shù)的電子顯微鏡的分辨率為前最大倍數(shù)的電子顯微鏡的分辨率為 10-8 cm，因此距離肉眼觀察至少還差，因此距離肉眼觀察至少還

2、差10萬(wàn)倍。萬(wàn)倍。實(shí)際上我們對(duì)基本粒子的研究只能借助于實(shí)際上我們對(duì)基本粒子的研究只能借助于“間接觀察間接觀察”手段手段。粒子粒子物質(zhì)物質(zhì)微弱微弱信號(hào)信號(hào)電子學(xué)電子學(xué)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)獲取獲取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析分析42022-3-15帶電粒子與物質(zhì)相互作用形式帶電粒子與物質(zhì)相互作用形式：電離以及其它效應(yīng)，電離以及其它效應(yīng)， 如：電磁簇射、如：電磁簇射、強(qiáng)子簇射、切侖科夫輻射、穿越輻射強(qiáng)子簇射、切侖科夫輻射、穿越輻射等。等。電離離子的收集和放大是探測(cè)器的基電離離子的收集和放大是探測(cè)器的基本過(guò)程本過(guò)程52022-3-15探測(cè)器的功能探測(cè)器的功能計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)徑跡徑跡位置位置徑跡徑跡+磁場(chǎng)磁場(chǎng)動(dòng)量動(dòng)量（）（） = 300H

3、 徑跡徑跡射程射程能量能量62022-3-15中性粒子探測(cè)中性粒子探測(cè)X， 電磁量能器（電磁量能器（NaI、CsI、BGO） 2 探測(cè)探測(cè) n （中子）（中子） p（質(zhì)子）（質(zhì)子） 反沖反沖 帶電粒子或帶電粒子或 核反應(yīng)核反應(yīng)（中微子）中微子） 測(cè)量丟失的質(zhì)量測(cè)量丟失的質(zhì)量 如：如： + 仍然最終歸結(jié)為電離激發(fā)后離子的收集仍然最終歸結(jié)為電離激發(fā)后離子的收集0D72022-3-15探測(cè)器簡(jiǎn)介探測(cè)器簡(jiǎn)介 近年來(lái)，探測(cè)器從靜電計(jì)、蓋革計(jì)數(shù)管發(fā)展成數(shù)近年來(lái)，探測(cè)器從靜電計(jì)、蓋革計(jì)數(shù)管發(fā)展成數(shù)十種不同類(lèi)型的探測(cè)器以滿足核物理、高能物理和十種不同類(lèi)型的探測(cè)器以滿足核物理、高能物理和宇宙線物理的需求。它們有

4、：宇宙線物理的需求。它們有：蓋革蓋革彌勒計(jì)數(shù)管、電離室、正比計(jì)數(shù)器、彌勒計(jì)數(shù)管、電離室、正比計(jì)數(shù)器、多絲正比室、漂移室、時(shí)間投影室、時(shí)間擴(kuò)多絲正比室、漂移室、時(shí)間投影室、時(shí)間擴(kuò)展室、多步雪崩室、阻性板室、陰極條室、展室、多步雪崩室、阻性板室、陰極條室、核乳膠、固體徑跡探測(cè)器、云室、泡室、火核乳膠、固體徑跡探測(cè)器、云室、泡室、火花室、流光室?；ㄊ?、流光室。閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體探測(cè)器、切侖科夫計(jì)數(shù)閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體探測(cè)器、切侖科夫計(jì)數(shù)器、硅條探測(cè)器、穿越輻射探測(cè)器。器、硅條探測(cè)器、穿越輻射探測(cè)器。中子探測(cè)器、中子探測(cè)器、 譜儀、譜儀、 譜儀、譜儀、 譜儀、多粒譜儀、多粒子譜儀。子譜儀。 等等等等82

5、022-3-15探測(cè)器的發(fā)展探測(cè)器的發(fā)展 這些探測(cè)器后面都緊跟著這些探測(cè)器后面都緊跟著相應(yīng)的電子學(xué)設(shè)備。相應(yīng)的電子學(xué)設(shè)備?？v觀探縱觀探測(cè)器發(fā)展史，探測(cè)器與電子測(cè)器發(fā)展史，探測(cè)器與電子學(xué)是密不可分、形影不離，學(xué)是密不可分、形影不離，猶如一對(duì)孿生兄弟。猶如一對(duì)孿生兄弟。92022-3-15從單個(gè)探測(cè)器到大型磁譜儀從單個(gè)探測(cè)器到大型磁譜儀 隨著加速器能量的增長(zhǎng)，產(chǎn)生隨著加速器能量的增長(zhǎng)，產(chǎn)生的的粒子數(shù)目粒子數(shù)目越來(lái)越多。越來(lái)越多。 隨著粒子物理的發(fā)展，需要測(cè)隨著粒子物理的發(fā)展，需要測(cè)量量粒子的參數(shù)粒子的參數(shù)越來(lái)越多。越來(lái)越多。 因而單個(gè)探測(cè)器滿足不了這些因而單個(gè)探測(cè)器滿足不了這些需要，于是在需要，于

6、是在20 世紀(jì)六十年代末，世紀(jì)六十年代末，在固定靶實(shí)驗(yàn)和對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)相繼出在固定靶實(shí)驗(yàn)和對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)相繼出現(xiàn)了有多種探測(cè)器組成的磁譜儀現(xiàn)了有多種探測(cè)器組成的磁譜儀。102022-3-15大型磁譜儀的優(yōu)點(diǎn)大型磁譜儀的優(yōu)點(diǎn)可以同時(shí)測(cè)量粒子的多種性能可以同時(shí)測(cè)量粒子的多種性能（如電荷、質(zhì)量、自旋、宇稱(chēng)、（如電荷、質(zhì)量、自旋、宇稱(chēng)、衰變寬度衰變寬度/壽命等）。壽命等）?？蓽y(cè)量粒子的多種運(yùn)動(dòng)學(xué)參量可測(cè)量粒子的多種運(yùn)動(dòng)學(xué)參量（如能量、動(dòng)量、速度等）。（如能量、動(dòng)量、速度等）。具有較好的粒子分辨本領(lǐng)具有較好的粒子分辨本領(lǐng)。112022-3-15粒子分辨本領(lǐng)粒子分辨本領(lǐng)末態(tài)粒子末態(tài)粒子 在數(shù)百種粒子中，絕大多數(shù)壽

7、命極短，只有少數(shù)在數(shù)百種粒子中，絕大多數(shù)壽命極短，只有少數(shù)幾種壽命大于幾種壽命大于 10-8 秒，如秒，如 光子、正負(fù)電子光子、正負(fù)電子（e）、）、 子（子（ : 210-6s）、帶電、帶電 介子（介子（ : 2.610-8s ）和）和 介子（介子（ : 210-8s ）、質(zhì)子（）、質(zhì)子（p）和反質(zhì)子和反質(zhì)子( )等。它們?cè)谔綔y(cè)器尺度（米）范圍等。它們?cè)谔綔y(cè)器尺度（米）范圍內(nèi)被視為穩(wěn)定粒子內(nèi)被視為穩(wěn)定粒子稱(chēng)為末態(tài)粒子。例如：對(duì)稱(chēng)為末態(tài)粒子。例如：對(duì) ,c =3.7m。譜儀中產(chǎn)生的粒子（初態(tài)粒子）可由末態(tài)粒子重譜儀中產(chǎn)生的粒子（初態(tài)粒子）可由末態(tài)粒子重建出來(lái)，建出來(lái)，因此在譜儀中，對(duì)末態(tài)粒子的分

8、辨是至因此在譜儀中，對(duì)末態(tài)粒子的分辨是至關(guān)重要的關(guān)重要的。p122022-3-15對(duì)末態(tài)粒子的分辨方法對(duì)末態(tài)粒子的分辨方法測(cè)量粒子固有的靜止質(zhì)量測(cè)量粒子固有的靜止質(zhì)量m0通常是測(cè)量能量（）、動(dòng)量（）、速度通常是測(cè)量能量（）、動(dòng)量（）、速度（）、洛侖茲因子（）、洛侖茲因子（ ），），電離能損（電離能損（）等幾個(gè)參量中的兩個(gè)而求出）等幾個(gè)參量中的兩個(gè)而求出2201cmE201vmp)(cv211),(/vZFdxdE132022-3-15對(duì)末態(tài)粒子的分辨方法對(duì)末態(tài)粒子的分辨方法不同種類(lèi)粒子有不同的與物質(zhì)作用效應(yīng)不同種類(lèi)粒子有不同的與物質(zhì)作用效應(yīng)電磁簇射電磁簇射強(qiáng)子簇射強(qiáng)子簇射強(qiáng)穿透力強(qiáng)穿透力（大射

9、程）（大射程）磁譜儀的粒子分辨是由各子探測(cè)器和磁磁譜儀的粒子分辨是由各子探測(cè)器和磁場(chǎng)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的。場(chǎng)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的。e,pK ,142022-3-15典型的磁譜儀子探測(cè)器的功能典型的磁譜儀子探測(cè)器的功能磁譜儀分為兩大類(lèi)磁譜儀分為兩大類(lèi)：工作：工作在對(duì)撞機(jī)和工作在固定靶在對(duì)撞機(jī)和工作在固定靶上的。其結(jié)構(gòu)有異上的。其結(jié)構(gòu)有異,但粒子但粒子探測(cè)器的種類(lèi)和安排順序探測(cè)器的種類(lèi)和安排順序相似。相似。152022-3-15典型的磁譜儀子探測(cè)器的功能典型的磁譜儀子探測(cè)器的功能子探測(cè)器子探測(cè)器測(cè)量參數(shù)測(cè)量參數(shù)功能功能無(wú)無(wú)損損探探測(cè)測(cè)對(duì)撞點(diǎn)對(duì)撞點(diǎn)分辨、p 子計(jì)數(shù)器子計(jì)數(shù)器位置位置鑒別鑒別強(qiáng)子量能器強(qiáng)子量能器強(qiáng)子鑒別強(qiáng)

10、子鑒別強(qiáng)子E電磁量能器電磁量能器eE,鑒別e,切侖科夫計(jì)數(shù)器切侖科夫計(jì)數(shù)器v飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器v線圈和磁鐵線圈和磁鐵中心漂移室中心漂移室dxdEp/,頂點(diǎn)探測(cè)器頂點(diǎn)探測(cè)器衰變頂點(diǎn)位置衰變頂點(diǎn)位置夸克分辨、cb162022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器頂點(diǎn)探測(cè)器頂點(diǎn)探測(cè)器測(cè)量壽命為測(cè)量壽命為 秒的粒子（如秒的粒子（如 介子、介子、介子、介子）介子、介子）衰變頂點(diǎn)的位置。衰變頂點(diǎn)的位置。氣體型的位置分氣體型的位置分辨率辨率100 m，硅微條探測(cè)器位置分辨可達(dá)幾個(gè)硅微條探測(cè)器位置分辨可達(dá)幾個(gè) m中心徑跡室中心徑跡室 給出帶電粒子徑跡，可測(cè)給出帶電粒子徑跡，可測(cè)dE/dx

11、 配合磁場(chǎng)配合磁場(chǎng) 可得可得 p 常見(jiàn)的有圓柱形（噴注常見(jiàn)的有圓柱形（噴注 型、小單元型）漂移室和型、小單元型）漂移室和時(shí)間投影室。時(shí)間投影室。 位置分辨率位置分辨率 70 100 m dE/dx分辨率分辨率 5 7 %12109100s172022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器測(cè)量帶電粒子飛行時(shí)間（測(cè)量帶電粒子飛行時(shí)間（速度），與動(dòng)量速度），與動(dòng)量信息配合，信息配合，給出給出 、 、p、分辨分辨觸發(fā)觸發(fā)排除宇宙線排除宇宙線 通常由快發(fā)光塑料閃爍體通常由快發(fā)光塑料閃爍體+快光電倍增管組成。快光電倍增管組成。對(duì)大面積的可做到對(duì)大面積的可做到100p

12、s的時(shí)間分辨。多間隙阻性的時(shí)間分辨。多間隙阻性板室（板室（MRPC），），可達(dá)到可達(dá)到60ps的時(shí)間分辨。但長(zhǎng)時(shí)的時(shí)間分辨。但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性、壽命尚欠考驗(yàn)。間運(yùn)行的穩(wěn)定性、壽命尚欠考驗(yàn)。 182022-3-15粒子動(dòng)量與由粒子動(dòng)量與由TOFIITOFII測(cè)量的速度的關(guān)系測(cè)量的速度的關(guān)系192022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器切侖科夫計(jì)數(shù)器切侖科夫計(jì)數(shù)器 探測(cè)高速（超過(guò)光在同樣介質(zhì)的傳播速度）帶電粒子產(chǎn)生探測(cè)高速（超過(guò)光在同樣介質(zhì)的傳播速度）帶電粒子產(chǎn)生的切侖科夫輻射方向，從而的切侖科夫輻射方向，從而確定粒子的速度確定粒子的速度： 已知粒子的速度和動(dòng)量信息就可以提供高動(dòng)

13、量范圍的已知粒子的速度和動(dòng)量信息就可以提供高動(dòng)量范圍的e、 、K、 p的分辨。的分辨。 常用的有：常用的有：環(huán)形成像切侖科夫計(jì)數(shù)器環(huán)形成像切侖科夫計(jì)數(shù)器（RICH） 內(nèi)反射切侖科夫計(jì)數(shù)器（內(nèi)反射切侖科夫計(jì)數(shù)器（DIRC） 氣凝硅膠氣凝硅膠(Aerogel)為輻射體的切侖科夫計(jì)數(shù)器為輻射體的切侖科夫計(jì)數(shù)器折射率子運(yùn)動(dòng)方向夾角切侖科夫輻射方向與粒:)1arccos(nncc202022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器穿越輻射探測(cè)器穿越輻射探測(cè)器 測(cè)量高速帶電粒子穿過(guò)不同介子測(cè)量高速帶電粒子穿過(guò)不同介子表面產(chǎn)生的穿越輻射強(qiáng)度，表面產(chǎn)生的穿越輻射強(qiáng)度，確定粒子確定粒子運(yùn)動(dòng)的洛侖子因子

14、運(yùn)動(dòng)的洛侖子因子 .圖圖 1。 穿越輻射示意圖穿越輻射示意圖 212022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器構(gòu)成構(gòu)成 ： 輻射體輻射體+探測(cè)器探測(cè)器，交疊式。，交疊式。輻射體：輻射體： 多層有機(jī)薄膜或多層輕金屬箔。多層有機(jī)薄膜或多層輕金屬箔。探測(cè)器：探測(cè)器： 充氙多絲正比室、稻草管。充氙多絲正比室、稻草管。作用作用 ： 分辨分辨e和強(qiáng)子。和強(qiáng)子。 0211mE常數(shù)電荷輻射強(qiáng)度:2AZIZAI222022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器電磁量能器電磁量能器 又稱(chēng)簇射計(jì)數(shù)器，是利用又稱(chēng)簇射計(jì)數(shù)器，是利用 和和e等在介子中會(huì)產(chǎn)生電磁簇射的原等在介子中會(huì)產(chǎn)生電磁簇射的

15、原理，通過(guò)測(cè)量電磁簇射的次級(jí)粒理，通過(guò)測(cè)量電磁簇射的次級(jí)粒子的沉積能量，得到子的沉積能量，得到 和和e等的能量，等的能量，它是它是鑒別鑒別 和和e等電磁作用粒子與其等電磁作用粒子與其它種類(lèi)粒子的主要探測(cè)器它種類(lèi)粒子的主要探測(cè)器。232022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器分兩大類(lèi)：分兩大類(lèi)：全吸收型全吸收型：NaI、CsI、BaF2、BGO、PbWO4等無(wú)機(jī)晶體。等無(wú)機(jī)晶體。有很好的能量分辨，如有很好的能量分辨，如CsI可達(dá)可達(dá)2%（1GeV）。）。取樣型取樣型：探測(cè)器探測(cè)器+吸收體吸收體 交疊式交疊式探測(cè)器可以是多樣的，如多絲室、自猝滅流光探測(cè)器可以是多樣的，如多絲室、自猝

16、滅流光室、液氬或液氪電離室、塑料閃爍體、塑料光室、液氬或液氪電離室、塑料閃爍體、塑料光纖（光電倍增管讀出）。纖（光電倍增管讀出）。吸收體多為鉛板，也有使用鎢板吸收體多為鉛板，也有使用鎢板能量分辨能量分辨 1025% （1GeV）242022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器方向、位置的確定：用權(quán)重法測(cè)量簇射的橫向分布方向、位置的確定：用權(quán)重法測(cè)量簇射的橫向分布。圖圖 1 電子電子光子簇射示意圖光子簇射示意圖252022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器 圖圖 2 取樣型簇射計(jì)數(shù)器的幾種單元結(jié)構(gòu)取樣型簇射計(jì)數(shù)器的幾種單元結(jié)構(gòu)簇射介質(zhì)與塑料閃爍體夾層式。簇射介質(zhì)與塑

17、料閃爍體夾層式。簇射介質(zhì)與多絲室?jiàn)A層式。簇射介質(zhì)與多絲室?jiàn)A層式。液氬電離室型。液氬電離室型。262022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器 縱向尺度選取縱向尺度選?。航橘|(zhì)輻射長(zhǎng)度：介質(zhì)臨界能量：粒子能量00lnxEExEELcc272022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器強(qiáng)子量能器強(qiáng)子量能器 利用強(qiáng)子會(huì)在介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)子簇射的利用強(qiáng)子會(huì)在介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)子簇射的原理，通過(guò)測(cè)量強(qiáng)子簇射過(guò)程（也包原理，通過(guò)測(cè)量強(qiáng)子簇射過(guò)程（也包括少量電磁簇射如括少量電磁簇射如 ）的次級(jí)）的次級(jí)粒子的沉積能量得到入射強(qiáng)子的能量粒子的沉積能量得到入射強(qiáng)子的能量。它是它是鑒別強(qiáng)子（鑒別強(qiáng)子（

18、 、K、 p）和其它種和其它種類(lèi)粒子的主要探測(cè)器類(lèi)粒子的主要探測(cè)器。它不但可以測(cè)。它不但可以測(cè)量帶電的，也可測(cè)量中性強(qiáng)子（如中量帶電的，也可測(cè)量中性強(qiáng)子（如中子）子）.20282022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器 由于高能強(qiáng)子在介質(zhì)中的核作用長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因由于高能強(qiáng)子在介質(zhì)中的核作用長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此不大可能像電磁量能器那樣做成全吸收型的強(qiáng)此不大可能像電磁量能器那樣做成全吸收型的強(qiáng)子量能器，通常都是取樣型的，其結(jié)構(gòu)與電磁量子量能器，通常都是取樣型的，其結(jié)構(gòu)與電磁量能器十分相似。能器十分相似。 取樣探測(cè)器取樣探測(cè)器：塑料閃爍體計(jì)數(shù)器、漂移室，流：塑料閃爍體計(jì)數(shù)器、漂移室，流光室（

19、管）、光室（管）、 阻性板室（阻性板室（RPC）和陰極條室）和陰極條室(CSC) 吸收體吸收體：鐵、銅、鉛板。也有用鈾板，可捕獲：鐵、銅、鉛板。也有用鈾板，可捕獲簇射中產(chǎn)生的快中子而發(fā)生裂變，從而減少中子簇射中產(chǎn)生的快中子而發(fā)生裂變，從而減少中子的泄漏，改善了量能器的能量響應(yīng)和分辨率。的泄漏，改善了量能器的能量響應(yīng)和分辨率。292022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器能量分辨率能量分辨率 30 60 %縱向尺寸的選?。嚎v向尺寸的選?。航橘|(zhì)的核作用長(zhǎng)度：強(qiáng)子能量00)()7.0ln2.0(GeVEEL302022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器 子計(jì)數(shù)器子計(jì)數(shù)

20、器 測(cè)量測(cè)量 子的方向和位置，鑒別子的方向和位置，鑒別 子和其它種類(lèi)粒子的探測(cè)器子和其它種類(lèi)粒子的探測(cè)器。 子在物質(zhì)中不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)子簇射，很少產(chǎn)生子在物質(zhì)中不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)子簇射，很少產(chǎn)生電磁簇射，主要產(chǎn)生電離過(guò)程（電磁簇射，主要產(chǎn)生電離過(guò)程（dE/dx），），因而穿透能力強(qiáng)，通常把它放在最外層。因而穿透能力強(qiáng)，通常把它放在最外層。 取樣量能器取樣量能器+吸收體吸收體 取樣探測(cè)器與強(qiáng)子探測(cè)器的相似。取樣探測(cè)器與強(qiáng)子探測(cè)器的相似。 吸收體常用鐵塊，與磁鐵軛鐵合二為一吸收體常用鐵塊，與磁鐵軛鐵合二為一。312022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器亮度監(jiān)測(cè)器亮度監(jiān)測(cè)器 工作在對(duì)撞機(jī)磁譜儀上

21、工作在對(duì)撞機(jī)磁譜儀上測(cè)量對(duì)撞亮度測(cè)量對(duì)撞亮度的的 探測(cè)器探測(cè)器。 在在 對(duì)撞機(jī)上，布置在靠近束流對(duì)撞機(jī)上，布置在靠近束流管的小角度位置上，通常由四組對(duì)稱(chēng)探管的小角度位置上，通常由四組對(duì)稱(chēng)探測(cè)器（測(cè)器（閃爍閃爍+電磁量能器電磁量能器）組成，測(cè)量）組成，測(cè)量巴巴散射事例數(shù)而推算出亮度。巴巴散射事例數(shù)而推算出亮度。ee322022-3-15磁譜儀的主要子探測(cè)器磁譜儀的主要子探測(cè)器線圈和磁鐵線圈和磁鐵 提供大體積的均勻磁場(chǎng)提供大體積的均勻磁場(chǎng)，使帶電粒子在，使帶電粒子在磁場(chǎng)下偏轉(zhuǎn)，通過(guò)中心徑跡室對(duì)徑跡的測(cè)磁場(chǎng)下偏轉(zhuǎn)，通過(guò)中心徑跡室對(duì)徑跡的測(cè)量，得到粒子的軌道偏轉(zhuǎn)半徑，從而求出量，得到粒子的軌道偏轉(zhuǎn)半徑

22、，從而求出粒子動(dòng)量粒子動(dòng)量p。 常用螺旋管線圈，磁力線與束流方向常用螺旋管線圈，磁力線與束流方向平行，也有用偶極或環(huán)形磁場(chǎng)。平行，也有用偶極或環(huán)形磁場(chǎng)。20世紀(jì)七、世紀(jì)七、八十年代開(kāi)始使用超導(dǎo)磁場(chǎng)代替常規(guī)磁場(chǎng)，八十年代開(kāi)始使用超導(dǎo)磁場(chǎng)代替常規(guī)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)強(qiáng)度為12 T 。332022-3-15數(shù)據(jù)獲取和分析數(shù)據(jù)獲取和分析電子學(xué)系統(tǒng)電子學(xué)系統(tǒng) 將將探測(cè)器輸出的信號(hào)探測(cè)器輸出的信號(hào)（電脈沖形式）進(jìn)（電脈沖形式）進(jìn)行行放大放大、成型成型及各種及各種邏輯處理邏輯處理并進(jìn)行并進(jìn)行數(shù)字化數(shù)字化，將信息暫存并作將信息暫存并作數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理。為了適應(yīng)越來(lái)。為了適應(yīng)越來(lái)越大的待處理信息量，電子學(xué)需

23、要：越大的待處理信息量，電子學(xué)需要：快、精、快、精、大（規(guī)模）大（規(guī)模）。20世紀(jì)世紀(jì)90年代電子學(xué)道數(shù)年代電子學(xué)道數(shù)10 5 ，本世紀(jì)初達(dá)到本世紀(jì)初達(dá)到 10 7 10 8 。觸發(fā)判選：觸發(fā)判選： 選擇滿足物理?xiàng)l件的好事例選擇滿足物理?xiàng)l件的好事例，過(guò)濾壓縮，過(guò)濾壓縮本底事例。要求：本底事例。要求：快快，通常分幾級(jí)進(jìn)行。，通常分幾級(jí)進(jìn)行。 342022-3-15數(shù)據(jù)獲取和分析數(shù)據(jù)獲取和分析數(shù)據(jù)獲取和在線分析數(shù)據(jù)獲取和在線分析 數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)獲取對(duì)電子學(xué)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行對(duì)電子學(xué)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行快速處理，以數(shù)字信息形式記錄下來(lái)?？焖偬幚?，以數(shù)字信息形式記錄下來(lái)。 在線分析在線分析給出反應(yīng)探測(cè)器性能的給出反應(yīng)

24、探測(cè)器性能的各種統(tǒng)計(jì)圖形以及所獲事例的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)各種統(tǒng)計(jì)圖形以及所獲事例的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)圖形，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器與電子學(xué)工作狀態(tài)圖形，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器與電子學(xué)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè) 一些新的技術(shù)：多數(shù)據(jù)緩沖，并行一些新的技術(shù)：多數(shù)據(jù)緩沖，并行處理，總線高速讀出，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取Ｌ幚?，總線高速讀出，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取?52022-3-15數(shù)據(jù)獲取和分析數(shù)據(jù)獲取和分析離線數(shù)據(jù)分析離線數(shù)據(jù)分析 將在線機(jī)上記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)在離線機(jī)將在線機(jī)上記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)在離線機(jī)上進(jìn)行分析和處理，把數(shù)據(jù)還原為粒子種上進(jìn)行分析和處理，把數(shù)據(jù)還原為粒子種類(lèi)、能量、動(dòng)量等物理量。包括：類(lèi)、能量、動(dòng)量等物理量。包括：M.C.模模擬、事例重建、顯示和物理分析。

25、擬、事例重建、顯示和物理分析。 隨著粒子能量的增加，產(chǎn)生次級(jí)粒子隨著粒子能量的增加，產(chǎn)生次級(jí)粒子的數(shù)量，能量也增加，數(shù)據(jù)信息是大大增的數(shù)量，能量也增加，數(shù)據(jù)信息是大大增加了。加了。LHC（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）將擁有大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）將擁有1千臺(tái)千臺(tái)KS195中央處理機(jī)能力，磁帶處理能中央處理機(jī)能力，磁帶處理能力力310 15 字節(jié)。字節(jié)。WWG網(wǎng)絡(luò)提供了更方便網(wǎng)絡(luò)提供了更方便的計(jì)算機(jī)共享機(jī)會(huì)。的計(jì)算機(jī)共享機(jī)會(huì)。362022-3-15大型磁譜儀舉例，近期和未來(lái)大型磁譜儀舉例，近期和未來(lái)作用：作用： 大型磁譜儀自它誕生的那一天起，在粒大型磁譜儀自它誕生的那一天起，在粒子物理探測(cè)方面就顯示出綜合性能的優(yōu)勢(shì)

26、，子物理探測(cè)方面就顯示出綜合性能的優(yōu)勢(shì)，因而得到不斷發(fā)展。三十年來(lái)，在其基礎(chǔ)上因而得到不斷發(fā)展。三十年來(lái)，在其基礎(chǔ)上做出了許多重要的高能物理實(shí)驗(yàn)成果。做出了許多重要的高能物理實(shí)驗(yàn)成果。 如：一些重要粒子的發(fā)現(xiàn)如：一些重要粒子的發(fā)現(xiàn)（J/ 、 、 、 和頂夸克等），電和頂夸克等），電弱統(tǒng)一模型的精確測(cè)定以及量子色動(dòng)力學(xué)弱統(tǒng)一模型的精確測(cè)定以及量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）模型的檢驗(yàn)等。）模型的檢驗(yàn)等。應(yīng)用：應(yīng)用：AMS （阿爾法磁譜儀）尋找宇宙中（阿爾法磁譜儀）尋找宇宙中反物質(zhì)和暗物質(zhì)反物質(zhì)和暗物質(zhì)W0Z磁譜儀名稱(chēng)所在對(duì)撞機(jī)名稱(chēng)對(duì)撞機(jī)類(lèi)型束流能量（吉）所在國(guó)家（地區(qū)或?qū)嶒?yàn)室）CDM2VEPP2Me+,e

27、-0.7俄羅斯（BNPI）SNDVEPP3Me+,e-0.7俄羅斯（BNPI）KLOEDAe+,e-0.7意大利（Frascati）BES（北京譜儀）BEPC（北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)）e+,e-2.5中國(guó)（中科院）CLEOCESRe+,e-6美國(guó)（Cornell）BelleKEKBe+,e-3.58日本（KEK）BaBarPEPIIe+,e-3.19美國(guó)（SLAC）SLDSLCe+,e-50美國(guó)（SLAC）ALEPHLEPe+,e-101歐洲（CERN）DELPHILEPe+,e-101歐洲（CERN）L3LEPe+,e-101歐洲（CERN）OPALLEPe+,e-101歐洲（CERN）H1HE

28、RAe p30920德國(guó)（DESY）ZEUSHERAe p30921德國(guó)（DESY）CDFTEVATRON質(zhì)子、反質(zhì)子1000美國(guó)（FNL）D0TEVATRON質(zhì)子、反質(zhì)子1000美國(guó)（FNL）PHENIXRICH重離子對(duì)撞200/核子美國(guó)（BNL）STARRICH重離子對(duì)撞201/核子美國(guó)（BNL）表表1 近期曾經(jīng)運(yùn)行或正在運(yùn)行的主要大型磁譜儀近期曾經(jīng)運(yùn)行或正在運(yùn)行的主要大型磁譜儀BES DetectorL3 DetectorL3 DetectorLEP上最大的探測(cè)器上最大的探測(cè)器.大磁場(chǎng)線圈（長(zhǎng)大磁場(chǎng)線圈（長(zhǎng)11.9米、米、 6米）。米）。好的動(dòng)量分辨：好的動(dòng)量分辨： P/P=0.04%。電磁量能器電磁量能器BGO： E/E=1% （E 2GeV）。Belle Detector不對(duì)稱(chēng)，可測(cè)