1、MRPC探测器研究进展探测器研究进展孙勇杰State Key Laboratory of Particle Detection&ElectronicsCenter of Particle Physics and Technology,USTC核探测与核电子学国家重点实验室年会2May.2,2013Outline pSTAR MTD MRPC批量制作与测试pBESIII端盖TOF升级的MRPC研制p宇宙线测试平台建设p高计数率MRPC进展p总结和展望核探测与核电子学国家重点实验室年会3May.2,2013RHIC/STAR-Muon Telescope Detector uMotivation:
2、di-muon pairs from QGP thermal radiation,quarkonia,light vector mesons,resonances in QGP,and Drell-Yan production single muons from the semi-leptonic decays of heavy flavor hadronsadvantages over electrons:no conversion,much less Dalitz decay contribution,less affected by radiative losses in the det
3、ector materialstrigger capability for low to high pT J/in central Au+Au collsions and excellent mass resolution results in separation different upsilon statese-muon correlation to distinguish heavy flavor production from initial lepton pair productionu探测器设计：大面积长读出条LMRPCgood timing performance：100 ps
4、moderate spatial resolution:cmCost-effective核探测与核电子学国家重点实验室年会4May.2,2013STAR MTD 系统设计方案系统设计方案pSTAR MTD由117个Tray组成，安装在磁体轭铁的外侧，每个Tray中包含一个LMRPCp其中18个轭铁上每个安装5个Tray；下面9个轭铁每个安装3个Tray；另有三个无法安装p利用轭铁作为吸收体p利用MRPC的时间分辨性能压低本底p大面积：直径7m，覆盖45%|0.5W.J.Llope,Rice 核探测与核电子学国家重点实验室年会5May.2,2013STAR MRPC设计设计p探测器面积：95 c
5、m x 58 cmp有效面积：87 cm x 52 cmp读出条：90 cm x 3.8 cm x 12p气隙：250 m x 5117 x 12=1404 strips1404 x 2=2808 channels核探测与核电子学国家重点实验室年会6May.2,2013批量生产批量生产p批量制作自2011年6月开始。p科大负责50个LMRPC模块的制作。p已于2012年9月全部完成。核探测与核电子学国家重点实验室年会7May.2,2013质量控制质量控制p建立原材料质量标准，严格控制原材料的质量n检验玻璃、pcb板、蜂窝板等关键材料的尺寸、表面光洁度、平整度等p制定了批量制作的工艺流程n根据L
6、MRPC的特点，对材料清洗、电极制作、气室装配等关键工艺进行了优化p建立了宇宙线性能测试系统p建立了LMRPC批量制作与测试数据库核探测与核电子学国家重点实验室年会8May.2,2013宇宙线性能测试宇宙线性能测试p建立了LMRPC的宇宙线测试系统p对每个LMRPC的时间分辨、探测效率、小信号比例、噪声计数率等性能指标进行测试。p宇宙线性能测试标准：n时间分辨：90%channels)n探测效率：90%n小信号比例：80%n噪声计数：2Hz/cm2核探测与核电子学国家重点实验室年会9May.2,2013宇宙线测试结果宇宙线测试结果核探测与核电子学国家重点实验室年会10May.2,2013MTD
7、 status STARFor Run 12,13 trays on three backlegs installed by STSG.Fully integrated into STAR Data Acquisition system since Jan.2012.Successfully took MTD triggered events since Feb.2012.By Nov.13th 2012,63%of the MTD system was installed at STAR for Run 2013,electronics commissioning is on-going.S
8、uperseded the milestone(43%)for Run 2013.100%installed for Run 14!Run 12Run 13核探测与核电子学国家重点实验室年会11May.2,2013MTD Performance from Run 12e-muon di-muon B.Huang,BNL Commissioned e-muon(coincidence of single MTD hit and BEMC energy deposition above a certain threshold)and di-muon triggers,event display f
9、or Cu+Au collisions shown above.Determined the electronics threshold for the future runs,achieve 90%efficiency at threshold 24 mVpT(GeV/c)Efficiency Chi Yang,USTC/BNL 核探测与核电子学国家重点实验室年会12May.2,2013MTD Performance from Run 12Bingchu Huang(BNL)position resolution based on cosmic-ray data:2.6cm along th
10、e stripe 1.9cm perpendicular to the strip Time resolution based on cosmic-ray data:120 ps(total)核探测与核电子学国家重点实验室年会13May.2,2013BESIII 端盖端盖TOF的升级的升级p采用MRPC升级BESIII E-TOF：n本征时间分辨 55psn更小的读出单元p预期总时间分辨80ps 1.4 GeV for 2/K separation!37002020405004100560020cos=0.8350cos=0.9363S10F1F1S1040TOF:T=100ps Barrel
11、 110ps Endcap核探测与核电子学国家重点实验室年会14May.2,2013MRPC E-TOF设计方案设计方案4mm8.6cm14.1cm2.5cmp每端36 MRPC模块p12根读出条双端读出 36 x 24 x 2=1728路p读出条：8.614.1 x 2.5 cm2p双层12气隙结构核探测与核电子学国家重点实验室年会15May.2,2013原型探测器性能测试原型探测器性能测试p2012.7束流测试（BEPC-E3）p束流：pion+protonpPID：TOF between S1、S2pT0：MRPCDAQ logicPionProtonbeam7.2cm5.9cm核探测与
12、核电子学国家重点实验室年会16May.2,2013刻度方法刻度方法p利用其它两个MRPC的平均时间作为参考时间，对每个MRPC拟合T-TOT关系，进行slewing修正。p利用修正后的时间作为参考，进行循环刻度。p可以同时得到每个MRPC的时间分辨。p在批量制作中，采用此种方法，可以显著提高测试效率。核探测与核电子学国家重点实验室年会17May.2,2013测试结果测试结果Momentum500MeV600MeV600MeV(p2*)800MeVPion sampleMRPC#156474745MRPC#251485140MRPC#346485345Proton sampleMRPC#1293
13、23236MRPC#228303535MRPC#331313235p测试条件：HV=7250 V 读出条：#6p束流入射位置：#6中心（*p2：中间MRPC偏离中心3.6cm）p时间分辨：nPion(MIP):50 psnProton:30 ps （simulation：dE/dx更高，产生更多的原初电离）单位：ps核探测与核电子学国家重点实验室年会18May.2,2013测试结果测试结果p固定MRPC#1和#3的高压不变p改变MRPC#2的高压7500Vp时间分辨性能保持不变。600MeV7250V7300V7500VPion M1474749M2484846M34849 48ProtonM
14、1323334M2302930M3313232单位：ps核探测与核电子学国家重点实验室年会19May.2,2013入射位置的影响入射位置的影响beam7.2cm5.9cm3.6 cmMRPC#2600MeVStrip centerStrip endPion48 pslow stat.51 ps49 ps49 ps47 psProton29 ps29 ps34 ps29 ps27 ps31 ps26 ps36 ps3.6cmMRPC#2#6p 中间的MRPC#2沿读出条方向平移3.6cmp 利用MRPC#1、#3两端测量的时间差，把每个触发区域分成3段。p 沿读出条的不同位置入射，时间分辨基本不
15、变。核探测与核电子学国家重点实验室年会20May.2,2013宇宙线测试平台建设宇宙线测试平台建设p利用长读出条的MRPC建造高分辨的宇宙线望远镜测试系统，用于新型探测器的研制和性能测试n时间分辨：60psn位置分辨：cmn大面积触发p现有的现有的STAR MTD LMRPC模块搭建原型平台模块搭建原型平台 时间分辨：70ps，位置分辨：1cm（沿条）核探测与核电子学国家重点实验室年会21May.2,2013高计数率高计数率MRPC研究研究p低电阻率玻璃材料研制进展：采用基于硫化物玻璃的配方制备了较大尺寸的样品p面积：5 x 10 cm2，p厚度：0.5 mmp电阻率：1014 cmp实现了大
16、面积（实现了大面积（50cm2）薄）薄片的切割、打磨、抛光等加片的切割、打磨、抛光等加工工艺，样品厚度均匀，表工工艺，样品厚度均匀，表面光洁度良好面光洁度良好p电阻率、烧制工艺等问题有电阻率、烧制工艺等问题有待解决。待解决。核探测与核电子学国家重点实验室年会22May.2,2013总结与展望总结与展望pSTAR MTD的批量制作和性能测试工作按指标要求提前完成，合格率98%。探测器总装配也将于今年年底提前完成。已安装的探测器运行性能稳定。pBESIII端盖TOF升级的MRPC探测器性能达到预期目标，即将开始系统建设。p基于MRPC的探测器测试平台建设，即将开始系统测试。p高计数率MRPC的材料
17、研究工作，将继续开展。Thank you！核探测与核电子学国家重点实验室年会23May.2,2013backup24May.2,2013The energy loss of proton(simulation)#1#2#3pThe simulation indicates significant energy loss on the materials,especially for the low momentum protons.pThe main energy lost occurred on the MRPC materials(not Al box).Total Lost:150 Me
18、V/cTotal Lost:100 MeV/c25May.2,2013The contribution from the energy lossMeasured:=46.5pssimulation:=24psproton500MeV600MeV600MeV(p2)BeforeAfterBeforeAfterBeforeAfterM136 ps30 ps34 ps32 ps34 ps33 psM223 ps27 ps29 ps30 ps34 ps35 psM341 ps34 ps33 ps31 ps35 ps33 psThe time resolution results of before a
19、nd after removing the contribution from the energy loss.26May.2,2013Performance dependence on dE/dx pThe low momentum proton has higher dE/dx.pMore primary ionizations generate in the MRPC gas gaps.Better time resolutionPion(MIP)Proton800MeV600MeV500MeV400MeV27May.2,2013Beam test result of 2011Proton
