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BEPCII 亮度实时监测

BEPCII 亮度实时监测. 热烈祝贺核电子学与探测器联合实验室 成立 3 周年. 一， 引言. 亮度 L 和亮度监测. 单轫致辐射 Bhabha : e + + e - → e + + e - + γ 双轫致辐射 : e + + e - → e + + e - + 2 γ 小角度 Bhabha 散射 : e + + e - → e + + e -. 式中流强 I 以安培为单位， C=3.11×1036 。若运行时 I+ ≈ I- ，则亮度和流强 I 的平方成正比. 为什么选择单轫致 Bhabha. 优点：.

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Presentation Transcript

  1. BEPCII亮度实时监测 热烈祝贺核电子学与探测器联合实验室 成立3周年 许咨宗

  2. 一， 引言 亮度L和亮度监测 单轫致辐射Bhabha :e++ e-→e+ +e- +γ 双轫致辐射 :e++e-→e++e-+ 2γ 小角度Bhabha散射:e++e- →e++e- 式中流强I以安培为单位，C=3.11×1036。若运行时I+≈ I- ，则亮度和流强 I的平方成正比 许咨宗

  3. 为什么选择单轫致Bhabha 许咨宗

  4. 优点： 事件集中在入射束方向的约1毫弧度的前向。在离对撞点3米处束斑若干毫米 计算率高可实现Bunch-by –bunch的实时监测 缺点：能量连续分布的光子，难以对系统进行标定 许咨宗

  5. 布局和方案： 许咨宗

  6. 许咨宗

  7. 许咨宗

  8. R&D • 按照得到的监测器各部分尺寸，利用GEANT4来模拟(模拟中两个光电倍增管 • 都使用的是R7400U-06)研究了亮度监测的整个过程，包括： • 单轫致辐射产生的光子在转换体中的电磁簇射； • 次级正负电子在熔融石英中产生契仑柯夫光的过程； • 契仑柯夫光在熔融石英和光导中的传播； • 契仑柯夫光的收集效率； • 在光电倍增管的光阴极产生的光电子的个数。 • 在这里利用BBBREM产生了100000个事例，这些事例产生的单轫致辐射光子作为入射粒子来进行模拟。 许咨宗

  9. 接受度的研究 由图可知两种不同情况下能通过准直孔的辐射光子占总光子数的比值分别为92.9% 和82.3%。 单轫致辐射光子投射在钨准直器xy平面的位置分布 许咨宗

  10. 光电子产额和物理接受度： 考虑到束团的大小对对撞点的影响，模拟得到的最终在PMT的光阴极 上收集到的光电子的谱如图所示 从图中可以看出，在100000个事例中，两个光电倍增管收集到的光电子 数大于等于1的事例数分别为55083和54964 许咨宗

  11. 二， 实验标定： 1电子束对系统的时间、幅度特性的研究 许咨宗

  12. 400MeV电子的光电子谱（上）和ADC谱（下） 许咨宗 能量分辩（光电子数分辨）很差是可用理解的

  13. TDC谱 时间分辩～200ps 许咨宗

  14. 实验安排 台基 ADC 折合到光阴极的平均光电子数分别为7.6±5.9和6.1±4.5 2 宇宙线刻度 许咨宗

  15. 时间分辨为0.25ns 许咨宗

  16. 实验对模拟的光电子产额的标定因子 比较电子入射时光电倍增管的光阴极上收集到的光电子数模拟的结果和实验 所得到的结果，可以得到平均的标定因子为0.423±0.203 许咨宗

  17. BEPCII亮度监测器第一阶段 的运行和初步结果 许咨宗

  18. 许咨宗

  19. 许咨宗

  20. 亮度监测器运行模式 bunch by bunch模式 Bunch by bunch模式下，对光电倍增管输出的亮度信号进行一系列处理，最终在计算机上显示每一个束团的亮度信息。它由三部分组成：前端信号处理电路对光电倍增管输出信号放大甄别成形；亮度监测插件存储每个束团的亮度数据；系统监测控制软件读取亮度监测插件中的亮度数据，绘制成直方图显示，并控制系统运行 许咨宗

  21. 初步结果（逐束团） 从图中可以看出，监测器系统给出的信号与每对束团的在亮度监测器中产生的信号在时序上是一一对应的 单束团对撞时在软件上显示的亮度监测器记录的信号(包括亮度信号和背景信号) 两对相距8ns的束团通过对撞点(不对撞)在亮度监测器上产生的时间间隔8ns的背景信号 两对相距8ns的束团通过对撞点(对撞)在亮度监测器上产生的时间间隔8ns的信号 许咨宗

  22. 束流对撞优化 从图可以看出亮度监测器的计数的最大值分别对应x=-0.7mm和y=-0.02mm。 许咨宗

  23. BEPCII亮度监测器第二阶段 的运行和初步结果 许咨宗

  24. 亮度信号在监测器上产生的信号 单束团对撞时在软件上显示的亮度监测器记录的信号(包括亮度信号和背景信号) 50个束团对撞时在软件上显示的亮度监测器记录的信号(包括亮度信号和背景信号) 相对延迟需要调整合适 许咨宗

  25. 相对亮度(负电子端) 单束团对撞时亮度监测器记录的信号随阈值的变化(包括亮度信号和背景信号) 单束团不对撞时亮度监测器记录的背景信号随阈值的变化 许咨宗

  26. 相对亮度(负电子端) 亮度计数与电流乘积的关系 许咨宗

  27. 相对亮度误差的计算 实验测量的量： ， ， ， 。分别表示记录的对撞时、不对撞的计数以及它们对应的更新环数。 1、对计数率进行丢失计数率的修正： 2、计数的统计误差： 3、 许咨宗

  28. 相对亮度误差的计算(以I+=5.11mA,I-=5.02mA数据为例）相对亮度误差的计算(以I+=5.11mA,I-=5.02mA数据为例） 相对亮度误差可达千分之五，甄别阈400mV,5mA/bunch 许咨宗 不同阈值的亮度计数和对应的误差

  29. 绝对亮度的计算 1、PMT放大倍数的标定 The PMT gain and gain spread 表中红色表示负电子端使用的PMT，蓝色表示正电子端使用的PMT 许咨宗

  30. 绝对亮度的计算 2、前端放大电路阈值的标定 2#box 负电子 3#box 正电子 许咨宗

  31. 绝对亮度的计算 3、PMT光阴极收集的光电子的误差 光电子数VS误差(线形拟合) 许咨宗

  32. 绝对亮度的计算 • 根据亮度前端放大器的标定可以知道不同阈值对应的PMT的阳极输出的电荷量； • 阳极输出电荷量除以PMT的放大倍数就可以得出对应的PMT的光阴极收集的光电子数Npe； • 利用模拟的到的PMT光阴极收集的光电子谱 ，可以计算出对应于不同的阈值(即光阴极收集到的的光电子数Npe)时的有效的物理接收度，这样就在乘以单轫致辐射的总截面(160mb)，可以得到有效截面eff，这样就可以得到绝对亮度，L=Nsb/ eff。 • 利用模拟得到的PMT光阴极收集的光电子的误差与光电子的拟合关系曲线可以得到Npe对应的Npe，这样可以得出对应于Npe+ Npe和Npe- Npe的有效的物理接收度effl和effh，那么就可以得到绝对亮度的误差。 许咨宗

  33. 物理接受度－截面－计数率－亮度 许咨宗

  34. 绝对亮度的计算 从图中可以看出，对于不同的阈值和电流，得到的(亮度/mA在误差范围内都是一致的。 不同电流，不同阈值时的亮度 许咨宗

  35. 绝对亮度的计算(同样以I+=5.11mA,I-=5.02mA数据为例）绝对亮度的计算(同样以I+=5.11mA,I-=5.02mA数据为例） 许咨宗

  36. 初步结果： 探测器系统对光电子数固有分辨差，不可避免的带来大的系统误差： 甄别阈200mV,单束团对撞电流5X5mA2,亮度： 许咨宗

  37. 谢谢！ 许咨宗

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