北京谱仪Ⅲ电磁量能器晶体尺寸的测量

　　CsI(Tl)晶体电磁量能器是BESⅢ的一个重要子探测器,它主要用来测量电子和γ光子的能量和位置信息[1]。BESⅢ晶体量能器共有6240个CsI(Tl)晶体探测单元。根据MC计算,量能器间应尽量减少非灵敏物质层,减少能量泄漏,达到提高能量分辨率的目的[2],所以BESIII量能器设计为晶体间无间隙的吊挂安装方式,对尺寸要求严格。因此,对厂家提供的每一块晶体的光学性能和尺寸都要进行测量,严格控制其质量。目前,所用晶体质量检测及晶体探测单元的制作与安装已经完成,并且桶部和两个端盖量能器已经安装到BESIII上,通过了宇宙线检测,全部探测单元工作正常。

　　1　电磁量能器中晶体的分布

　　量能器由桶部和端盖两部分组成,桶部晶体在Z方向排列共有44圈晶体,每圈有120块晶体,总共44×120=5820块晶体,如图1所示,晶体由1号到44号从左到右分布,其中1-22号晶体与23-44号晶体镜像对称。端盖量能器由完全对称的东端盖和西端盖两个探测器组成,在径向共分为6层[3],从内到外各层分别有64、64、80、80、96、96块晶体。每个端盖量能器有480块晶体,共有960块晶体。

　　2　晶体尺寸测量

　　桶部单块晶体为楔形,典型尺寸为:前端约5cm×5cm、后端约6cm×6cm、长28cm[4]。典型的晶体两个端面为四边形,各个边的定义见图2,有一条楞对应两个端面各有一个直角,晶体长度用L表示。端盖晶体尺寸如图3所示,小端面的边长用小写字母a,b,c,d表示,大端面的边长用大写字母A,B,C,D表示,其中由于端盖量能器晶体必须组成一个圆形的特殊构造,所以部分晶体的大小端面为五边形[4],如图4所示。

　　晶体的加工要求为横向方向每一个尺寸(a、b、h、A、B、H)均为(-200, 0)μm,长度方向(L)±1mm。

　　晶体尺寸的测量为在如图5所示的测量系统上进行。设计为不锈钢加工好的与晶体形状大致相同的测量盒。因1-22号与23-44号晶体为镜像对称,直角面分别在左边和右边,为提高精度故分别参照8号、37号晶体尺寸(因这两个号的晶体的角度介于所有晶体的中间)制作对应于1-22号和23-44号晶体的测量盒各一个。在测量盒的两个端面各均匀打有4个测量孔,三个侧面(底面除外)各匀打二行孔,每行7个共14个孔,总共42个孔。这50个测量孔的三维坐标都已预先准确测量好,晶体尺寸由五个测量面和底面给出。

　　用LabVIEW程序来拟合晶体的尺寸。程序的主流程有四步:

　　2·1　校准百分表

　　为保证测量精度和全部晶体测量的一致性,必须对测量用的百分表在每次测量前进行校准,具体步骤为:用数显深度百分表测量已知其高度(39.97mm)的不锈钢标准样块的高度,并记录测量结果。在更换新的晶体号时,先测量相应的标准样块以检验校准系统。