RIBLL实验布局知识讲解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。RIBLL实验布局-实验简介1初级束我们使用能量为58MeV/u的40Ar18+作为实验初级束，由中国科学院近代物理研究所重离子国家实验室的SFC+SSC加速器提供，初级束流经过直径为12mm的铅光栏进行准直后，入射到靶平面。靶平面初级束流强度可由穿透式法拉第筒得到，我们在初级反应靶前、束流中心处放一穿透式法拉第筒，其两面贴有6m的Al膜，且直接与一电流皮安表相连接，当束流穿过法拉第筒时，会与Al膜相互作用，产生散射电子，法拉第筒收集产生的散射电子，就会在电流皮安表中产生电流，此电流值正比与束流强度，我

2、们在数据获取过程中，大约每隔1s不间断的记录这个电流值，然后根据此电流值与束流强度的刻度系数，即可获得最终的束流强度，其刻度方法见数据分析过程部分。我们在实验过程中，在产生靶的后下方放置一金硅面垒探测器，用来测量束流穿过靶物质时产生的次级电子及背散射粒子，来完成对初级束流强度的测量，这种方法在低流强情况下使用，由于低流强下法拉第筒的暗电流会对测量电流值带来很大的影响。实验中束流能量的准确值可以通过D1磁铁的磁钢度值计算得到。我们测量C1阻止式法拉第筒与T0穿透式法拉第筒的电流比值随D1磁钢度的变化关系，得到两者比值最大时对应的D1磁钢度，即为主束能量，详情见数据分析过程部分。在实验过程中，我们

3、要实时监测束流斑点的变化情况，以保证束流斑点在靶中心位置。其监测方法为，我们在反应靶的前上，前左，前右方分别放置一块PIN探测器，用来记录次级粒子在3个方向上的计数，用穿透式法拉第筒进行归一，即可知道初级束斑点是否发生偏移，详情见数据分析过程部分。2靶厚我们在实验过程中，使用了约500m的Be靶与60m的Ta靶。靶厚度的准确值可以通过初级束在靶中的能损的测量得到，使用D1磁铁测量初级束通过靶后的能量，方法如同测量主束能量，然后与主束能量相比较，即可得到主束在靶中的能损。仅从碎片的产额考虑，我们知道靶越厚，初级束穿过靶物质时，与靶核发生相互作用的几率越大，产生碎片的产额越高，这有利于丰中子、丰质

4、子等奇异核素的产生。但厚度增加也会带来不利的影响，一方面，靶厚增大，弹核碎裂产物在靶中发生二次反应的概率也增大，这会减小同位素的产额；另一方面，靶厚增加，在靶中发生反应位置变化造成碎裂产物在靶中能损的差异也会增加，这种差异会造成碎片动量分布的展宽，对于有确定动量接受度的束流线，宽的动量分布会造成束流线传输效率的降低，从而使碎片传输到束线终端的产额降低。因此在实验中，为了得到较高的碎片产额，靶厚的选择要两者兼顾，选择适当的靶厚。RIBLL简介RIBLL全长约35米，主要由电磁元件（包括4块二极磁铁，大小5种类型共16块四极磁铁以及一块Swinger磁铁）、真空系统、电源系统、束诊、探测器、数据获

5、取、控制等分系统所组成，总体布局如图1所示。图中Q、D、T、C分别表示四极透镜、二极透镜、聚焦点及色散点。RIBLL线是一条双消色差反对称谱仪，其中T0-C1与C1-T1以及T1-C2与C2-T2段是分别对称，而T0-T1与T1-T2段是反对称的。这种结构不仅有利于消除邻近核素的污染，提高RIB的纯度，而且T1-T2段也可作为一个单独的0角磁谱仪用于高精度的实验测量工作。本实验既工作在0角磁谱仪模式下，初级束在T0靶室打靶发生弹核碎裂反应，碎裂产物在T0-T1段实现粒子的分离，在T1-T2段利用Bp-ToF-E-E方法实现粒子的鉴别，其鉴别原理已在前言提及。RIBLLlayout4.RIBLL

6、的动量及角接收度我们通过C1散焦面的2维狭缝来控制RIBLL的动量接受度，在实验过程中，我们将C1狭缝宽度设为4mm，对应动量接受度为P/P=0.4,这个动量接受度相对于碎片的动量分布宽度是非常窄的，所以我们在实验过程中设置了一系列的磁钢度值，覆盖了整个丰中子，丰质子区，目的是得到碎片完整的动量分布，以便对碎片产生截面的提取。角接受度是由D1前的四维狭缝决定的，我们在实验过程中，将狭缝全部拉开为10cm，以便覆盖碎片的整个发射角。但是对那些A,Z与炮弹相差较大的碎片，这个角接受度仍不能完全覆盖碎片整个发射角，这会造成碎片在束流线中的损失。因此为了计算碎片产生的截面，我们要对这个损失进行修正，具

7、体修正方法见RIBLL传输效率节。5.磁钢度由于我们RIBLL的动量接受度设置为0.4，这个宽度远小于碎片的动量分布宽度，为了得到碎片完整的动量分布，我们需要测量不同磁钢度值下的碎片产额。我们在实验过程中，设置了较宽的磁钢度范围，如图2图2磁钢度的变化范围5.探测器探测器布局如下：探测器布局图在实验过程中，测量每一个碎片的飞行时间ToF，能量损失E及E信息，利用Bp-ToF-E-E方法实现粒子鉴别。ToF探测器是一种闪烁薄膜发光、椭球面镜聚焦、光电倍增管读出的时间探测器，详情见参考文献李99，本次实验选用的闪烁薄膜为厚度50m的BC-418朔料闪烁体。飞行时间的起始探测器放置于T1靶室，飞行时

8、间的停止探测器放置于T2靶室，两探测器之间相距为17.5m。两片325m的金硅面垒探测器放置与T2作为能量损失探测器，E探测器为一块80 x80 x10mm的CsI晶体，它通过真空耦合的光电倍增管，四路读出，将四路电子学做刻度后将幅度相加作为碎片的E信号，而且通过分析四路信号，还可以得到位置信息，详情见参考文献秦99。另外在T1,C2,T2各放置一平行板雪崩计数器PPAC王03，用来测量粒子的飞行轨迹，可以对各个事件分析其磁钢度值。李99.李加兴等，高能物理核物理199923(03):231236秦99.秦礼军等，高能物理核物理199923(07):629635王03.王猛等，核技术，2003

9、26(3)：6.电子学系统及获取系统下图显示了实验中电子学简图。T0靶室四路束斑监测探测器的时间信号经过前放，主放的放大，滤波成形处理后，进行逻辑甄别，然后送入Scaler计数器记录。穿透式法拉第筒测量的电流值由电流皮安表读出，并由计算机以每秒采集一次数据的频率记录。T1,C2,T2靶室的PPAC,SSD1,SSD2,CsI等探测器的能量信号经过前放，主放的放大，滤波成形处理后，送入ADC记录，而ToF的开始和停止信号经过甄别，延迟处理后，送入TDC记录。Trigger信号由T1靶室的ToFstart，T2靶室的ToFstop及两片SSD四路时间信号的符合信号提供，作为这个获取系统的触发信号。下图为数据获取系统简图，它是一套基于PCLinux的数据获取系统，系统采用PCI-CAMAC总线标准，CAMAC插件与计算机之间的通讯通过CC32机箱控制器和PCIADA卡来实现。经过模数转换后的各个探测器信号，通过中断处理方式，被计算机记录，由CERN的PAW分析平台，可方便的实现在线，离线分析。将获取计算机与Intranet相连接，通过SSH协议，可以实现实验数据在RIBLL工作组内安全、高速地传输，实现数据共享。在数据采集过程中，将CAMAC