[发明专利]一种组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高能粒子物理技术，特别是涉及一种组装用于探测、捕捉高能粒子的碘化铯(CsI)晶体电磁量能器探测阵列的方法。

背景技术

电磁量能器作为正负电子对撞机中第一对撞点的关键设备，功能是测量电子和γ光子的能量和位置信息。

现有的电磁量能器是气体取样型簇射探测器，由铅层和气体管组成，为了进一步提高能量分辨率，采用碘化铯晶体建造全新的电磁量能器是一种可行的技术思路。

能量分辨率是量能器最重要的技术指标之一。依据物理学的原理可以知道，碘化铯晶体探测单元(以下简称晶体单元或CsI晶体)前端物质越少，量能器的能量分辨率就越高。但是按照一般的结构特性而言，如果晶体探测单元前端的物质越少，晶体探测单元本身受到的支撑就会越弱，相应的晶体探测单元的变形量就会越大，反过来又会影响电磁量能器的能量分辨率。因此如何在有限的空间内既实现对晶体探测单元的有效支撑结构，同时又尽量减少晶体探测单元的前端物质以提高能量分辨率，是目前该领域中面临的现实问题之一。

目前，日本高能物理实验室BELLE的量能器，其中心结构是一空心圆筒，沿圆筒外表面的长度方向和直径方向安装铝隔板形成蜂窝结构，每一组包括8个CsI晶体单元，以4排2列方式排列安装在一个蜂窝单元中，在晶体后端用螺钉压紧。径向隔板厚度1.6mm，圆周方向隔板厚度仅为0.5mm。这种大型薄壁结构至少存在以下问题。首先，晶体探测单元前端的物质(即，铝隔板和内筒)的存在会降低晶体探测单元的能量分辨率，影响量能器的整体性能。其次，该结构的组装难度大，且强度、刚度和精度均难以保证，这种结构在组装过程中曾出现许多技术问题，例如组装方法不合适、组装顺序不合适，引起某些部位结构破裂，必须重新修补，修补之后，晶体的位置难以保证，这又会引起量能器的位置分辨率的降低。

美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)BABAR探测器上的CsI晶体量能器也已建成，其将每一组CsI晶体装在一碳纤维盒子中，盒子厚度0.5mm，6000多个晶体单元分装在几百个碳纤维盒子中，把这些盒子组装在一个大型铝合金圆筒内，碳纤维盒子之间自然形成两层碳纤维隔墙，几百个盒子的底部自然形成一个内筒。这种结构至少存在以下问题。首先，晶体探测单元周围的物质(即碳纤维隔墙)的存在会降低探测单元的能量分辨率，影响量能器的整体性能。其次，这种结构的组装难度大，而且制造工艺复杂，造价也很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组装用于电磁量能器的全新CsI晶体阵列结构的方法，以减少或避免CsI晶体组装过程中探测晶体变形。

为实现本发明的目的，提供一种组装碘化铯电磁量能器探测阵列的方法，其特征在于：包括以下步骤：将电磁量能器按照筒体圆周方向等分为若干筒体单元，并将碘化铯晶体单元依次组装到该筒体单元上。

可选地，每一筒体单元上对称排列2列碘化铯晶体单元。

可选地，所述筒体单元上还包括阶梯板，所述各碘化铯晶体单元均通过后端固定在阶梯板上。

可选地，所述每一筒体单元上，各列均包括44个沿束流线方向镜像对称设置的碘化铯晶体单元。

可选地，所述筒体单元为60个，并可相互拼装成封闭的圆筒结构。

可选地，还包括替换模块，先将替换模块拼装成圆筒结构，然后依次将筒体单元置换出替换模块。

本发明的技术效果包括：

与现有的技术相比，特别是与美、日已经建成的CsI晶体电磁量能器相比，本发明提供的一种全新设计的、用于CsI晶体电磁量能器的CsI晶体单元阵列的组装方法，实现了该晶体单元阵列的无损、无变形或微变形的组装，该晶体阵列为无间隙排列，且晶体单元之间在电磁量能器的轴向和圆周方向均不设置隔板，从而减少了晶体单元前端及侧向障碍物质，因而提高了其能量分辨率。

本发明的晶体单元阵列的组装，利用同一列中的相邻晶体单元互相贴合支撑，使得相邻的晶体单元均能紧密贴合并固定在准确的位置上，既避免了现有技术中为了支撑、固定晶体单元产生的结构复杂、结构刚性差、难以加工组装的缺点，又同时通过减少晶体单元前端物质而提高了其能量分辨率。

为了保证组装的晶体单元阵列精确、可靠，避免由于组装中各种因素产生位置误差，以及避免由于组装产生晶体单元变形而影响电磁量能器的性能，本发明通过将电磁量能器的筒体按照圆周方向均匀等分为多个装配单元，将晶体单元按照相应的排列规则组装到装配单元上，再将各装配单元组装成完整的电磁量能器筒体部分。