用过零时间法分析的中能重离子探测器望远镜

1　引言

中能重离子引起的核反应中产生的出射粒子在Z(原子序数)、m(质量)、E(能量)、t(时间)、xyz(空间)上有广泛复杂的分布。尽可能完全、准确地测量这些产物,对中能重离子核反应机制研究是至关重要的。在前小角度快慢塑料闪烁探测器构成的Phoswich很适合高计数率、大动态范围Z、E的鉴别和测量[1]。在后角区,气体电离室(IC)与硅半导体探测器(Si)构成的望远镜常常被使用探测平衡阶段发射的粒子。中角区发射的产物,Z和E维度分布很广,探测这些粒子,多叠层Si半导体望远镜[2]、IC+Si+CsI(Tl)+PD(光电二极管)[3]、IC+Si+CsI (Tl)+PMT(光电倍增管)[4]等类型望远镜常被使用[3]。但Si探测器尺寸不能很大,塑料闪烁探测器尺寸可较大,价格也便宜,时间性能也好,可以替代Si探测器作为能量损失探测器(ΔE)。

2　望远镜结构

望远镜由1mm厚24mm×24mm快塑料闪烁探测器NE102A,一个前表面为24mm×24mm,后表面为37mm×37mm,长度40mm的CsI(Tl)闪烁探测器构成。NE102A与CsI(Tl)之间用硅胶耦合,CsI(Tl)的后表面通过光导耦合到HAMAMATSU R 1666光电倍增管。望远镜的前表面用1.5μm Al箔覆盖,侧面由0.1mm Teflon包裹。光导材料为航空有机玻璃,基体为锥体,高40mm,后表面直径12mm,前表面与CsI(Tl)相同。该形状是通过Monte-Carlo方法模拟计算确定的。光导与CsI(Tl)、PMT光阴极间都用硅胶耦合。图1给出了该望远镜的结构图。PMT用直径为20mm经发蓝处理的软铁管罩住,达到避光和屏磁。

3　过零时间法

过零时间法是脉冲形状分析法的一种,它与Phoswich的快慢门法一样,都基于入射粒子在探测器中产生输出快慢成分比与入射粒子类型相关这一事实。不同入射粒子的光脉冲包含不同比例的快慢成分,因而脉冲形状有差异。脉冲的上升时间对粒子类型灵敏。主要用脉冲前沿构成的双极性脉冲的过零时间完全反应了这种粒子类型的相关特征,因此可以鉴别粒子。NE102A衰减时间为τNE102A=2.4ns,CsI(Tl)有两种成分,快的τ快为400～700ns,慢的τ慢约为7μs。当粒子入射到望远镜时,引起闪烁体发光,光电管的输出脉冲是NE102A发的光LNE102A,CsI(Tl)发光的快成分L快、慢成分L慢三部分叠加,即总光输出

L出=LNE102A+L快+L慢=K1exp(-1/τME102A)+K2exp(-1/τ快)+K3exp(-1/τ慢)

式中:K1、K2、K3是与电离密度相关的系数。

光电倍增管输出脉冲L出通过Phillips 744线性扇入/扇出,一路经Ortec 4000 CFD(恒分甄别器)、CO 4000(符合),给出脉冲起始时间信号t开始;一路经Ortec 572放大并构成双极性脉冲,进入Ortec552提取过零时间t过零。t开始和t过零被送到CAMAC TDC进行过零时间测量。一路经线性延迟后直接被送到CAMAC QDC。图2是检验测量的电子学框图。光输出不同衰变时间成分的选取主要由放大器572的成形时间常数确定。