宇宙线测试平台研制与核碰撞中涨落现象研究

摘要

核物理与粒子物理是研究物质基本结构的科学，这种研究是通过实验现象、实验数据、模拟计算和理论模型来对物质之间的相互作用和基本规律进行认识而实现的。实验中，根据不同粒子与物质的相互作用机制，人们设计了各种不同的探测器，研究物质与射线通过相互作用后产生的粒子的能量、动量、运动轨迹、带电的电性等性质，从而揭示物质的基本结构。高能物理界在建造加速器的同时，也建造了复杂的、大型的探测器系统（即谱仪），对粒子打靶和对撞产生的末态粒子进行探测研究。未来新探测器技术的开发以及研究，对于粒子物理学的持续发展具有重大的意义。
　　本文的研究内容主要分为两部分，从第一章到第五章是作者对高能探测器的设计、制作、测量和数据分析的研究，第六章是理论模型方面的研究。
　　第一、二和三章，介绍了宇宙线通用测试平台的研究。第一章是测试平台的设计背景，以及设计方案和原理。第二章主要利用宇宙线和采用有像增强功能的电荷耦合器件(ICCD)相机并行读出定位，测量了时间探测器的时间分辨。实验结果表明，时间探测器可以达到起始时间精度好于200 ps，满足通用探测器测试平台的设计要求。第三章研究了测试平台的定位探测器电阻性极板室(RPC)的读出系统，根据实验测量数据，提出使用一个新型读出系统方案:激光器加ICCD读出，并对该方法进行了可行性研究，实验结果表明RPC工作在流光模式下，可以使小激光器发光。
　　本文第四章对新型厚气体电子倍增器(THGEM)进行研究。介绍了THGEM探测器的工作原理，国产化生产的THGEM的结构特点以及制作步骤，重点研究了大面积THGEM（10×10cm2和20×20 cm2）的工作性能，介绍了应用情况。本文第五章对CsI(Na)晶体探测Cherenkov光，进而用于粒子鉴别的可行性进行了初步研究。结果表明，CsI(Na)晶体在一定条件下可以探测到粒子的Cherenkov光。
　　本文第六章研究了多源热模型，利用该模型分析了中高能强子-核(hA)及核-核（AA）碰撞中产生的末态核碎片的多重数分布，高能AA碰撞中一些其他整体观测量的逐事例涨落，以及低能重离子反应中轻带电粒子和蒸发余核的能谱。该模型能够很好地描述相关实验数据，这意味着，核碰撞中除了种类繁多的个性特征外，还蕴含着更基本的共性规律。

目录

摘要

引言

第一章 宇宙线通用测试平台设计

1．1 项目背景

1．2 测试平台的设计

1．2．1 宇宙线通用测试平台的基本性能

1．2．2 探测器通用测试平台结构设计

1．3 探测器结构以及原理

1．3．1 RPC探测器原理

1．3．2 RPC探测器结构

1．3．3 时间探测器结构

1．3．4 时间测量的修正方法研究

1．4 电子学读出设计

1．4．1 时间探测器的电子学

1．4．2 RPC感应信号读出

第二章 时间探测器时间分辨测量

2．1 时间探测器时间分辨

2．2 测量原理和方法

2．2．1 测量系统的触发和两系统时间符合

2．2．2 ICCD系统定位原理

2．3 测量装置原理

2．3．1 ICCD成像系统

2．3．2 塑料闪烁条阵列

2．4 图像识别和数据处理

2．4．1 ICCD刻度与图像识别处理

2．4．2 击中位置归一化

2．4．3 时间分辨

2．4．4 时间-幅度修正

2．5 测量结果与讨论

2．5．1 时间分辨

2．5．2 闪烁光渡越时间分布

2．5．3 结果讨论

第三章 定位探测器研究

3．1 RPC工作条件

3．1．1 工作气体和工作电压

3．1．2 板室的高压训练

3．1．3 RPC阻抗匹配

3．2 RPC宇宙线信号测试

3．2．1 测试装置

3．2．2 测试结果

3．3 小激光器信号读出方案

3．3．1 方案设计

3．3．2 激光器测试

3．3．3 RPC+激光器测试

第四章 大面积THGEM性能测量

4．1 THGEM探测器介绍

4．1．1 THGEM探测器背景

4．1．2 THGEM探测器结构

4．2 工作原理及测量方法

4．2．1 THGEM工作原理

4．2．2 THGEM测量装置

4．2．3 电子学系统刻度

4．3 大面积THGEM测量结果

4．3．1 THGEM增益测试结果

4．3．2 THGEM的增益均匀性测试结果

4．3．3 稳定性测试结果

4．4 与小面积THGEM性能比较和讨论

4．4．1 与5×5 cm2THGEM性能比较

4．4．2 THGEM探测器的研究发展

4．4．3 总结

第五章 CsI(Na)晶体性能研究

5．1 研究CsI(Na)晶体性能的意义

5．2 Cherenkov光性质

5．3 CsI(Na)晶体

5．4 第一次束流实验

5．4．1 束流

5．4．2 束流实验装置

5．4．3 实验结果

5．5 第二次束流实验装置

5．5．1 实验装置

5．5．2 实验结果与讨论

第六章 核碰撞中涨落现象研究

6．1 多源热模型介绍

6．1．1 背景

6．1．2 多源热模型描述

6．2 中高能区hA和AA碰撞中核碎片的多重数分布

6．2．1 核碎裂效应

6．2．2 理论计算与实验数据比较

6．2．3 小结与讨论

6．3 高能AA碰撞中一些其他整体观测量的逐事例涨落

6．3．1 整体观测量的逐事例涨落

6．3．2 理论计算与实验数据比较

6．3．3 小结

6．4 低能重离子反应中轻带电粒子和蒸发余核的能谱

6．4．1 低能重离子反应中的现象

6．4．2 理论计算与实验数据比较

6．4．3 结论与讨论

第七章 总结和展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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