主漂移室-BESCollaboration.DOC

主漂移室 物理设计 一般考虑 BESIII的物理目标为(-粲能区粒子产生和衰变的精确测量，BESIII的主漂移室（MDC）是BESIII的主要子探测器之一，其主要任务是： 精确测量从相互作用点产生的带电粒子动量和方向； 为带电粒子的粒子鉴别提供足够好的能损（dE/dx）测量； 对带电粒子的测量有尽可能大的立体角覆盖（～90% 4π Str）； 对低动量带电粒子径迹有尽可能大的重建效率； 为带电粒子的一级硬件触发提供信号。 测量带电粒子的动量，一般采用在磁场中测量其飞行轨迹的方法。在轨迹上测量点越多，测量的位置精度越高，其动量测量越准。同时带电粒子在飞行过程中， 在探测器的物质中产生多次库仑散射，影响到动量测量的精度。在BEPCII的能区（质心能量2-5 GeV），对撞产生的次级带电粒子，其动量大多数小于1 GeV/c。对低动量的带电粒子，影响其动量测量精度的主要贡献来自带电粒子在探测器内物质上的多次库仑散射。在采用漂移室作带电粒子的测量时，需尽可能地使用低Z的材料作为工作气体和场丝。 BESI和BESII的MDC采用氩基混合气（Ar/CO2/CH4，89/10/1）和Jet单元结构，其主要性能指标为： 单丝位置空间分辨率为， 动量分辨率为（动量单位GeV/c）， 能量损失的分辨率[16]。 BESIII 将采用强度为1.0 Tesla的超导磁场，MDC拟采铝丝为场丝，氦基气体为工作气体，以尽可能地减少多次散射的影响。MDC设计的合理参数将使位置测量造成的动量测量误差比多次散射的贡献小。在漂移室的丝层安排上，需有足够多的斜丝层，以测量粒子径迹Z向位置和极角。 为达到以上的性能，和前面提到的其他要求，在MDC设计上，还必须： 在有限的空间（半径）内，尽可能安排多的获取信号的丝层数； MDC的机械设计和机加工，必须有足够的精度，以保证信号丝的定位精度；为有尽可能大的立体角覆盖和有利于为加速器部件留出所需的空间，MDC的端面板应采取特殊的形状； 漂移单元的设计应尽可能地减小单元性能的不一致性，此外为有利于离线数据分析、径迹重建和触发判选，应尽可能采用对称的单元排列和合理的超层安排。 为了保证对撞区的部件安放和安装方便，漂移室的内直径定为118mm，以适应114mm的连接法兰的安装。BESIII探测器的总体设计要求漂移室的半径在R=800mm处，保证漂移室的立体覆盖角COSθ=0.93，因此其长度设计为2400mm。 漂移室是BESIII?探测器的最内层探测器，它与BEPCII的束流管相邻。考虑到束流管对撞区的高本底对漂移室寿命的影响和束流管等部件的安装方便，漂移室将分成两部分，内室和外室。 与束流管相连的是加速器Micro-β部件，考虑到Micro-β部件的安装位置和漂移室需保证有COSθ=0.93的立体覆盖角，外室的两端面板必须设计成阶梯形[3，6，18，19]。图4.5-1为总体结构示意图。 漂移单元的设计 BESIII探测器漂移室的漂移单元基于小单元设计。这种单元结构为CLEO、BELLE、KLOE的漂移室所采用[3，4，5，6]。在每个小单元中，信号丝位于单元的中心位置，四周有8根（或9根）场丝，接近于方格分布。图4.5-2为该单元结构示意图。 为了保证每个单元电场的一致性，单元的半高宽（场丝与信号丝之间的距离）之比接近于1。内室的单元半宽平均值为6mm，其主要考虑是在有限的半径范围内多安排丝层。外室单元参考CLEO III 漂移室的漂移单元设计，半宽平均值为8.1mm。图4.5-3显示了CLEO III的单丝空间分辨率结果。 图4.5-3 漂移距离与分辨率的关系(CLEO III 漂移室的结果)漂移室的全部单元采用两种丝。信号丝为25μm的镀金钨丝，场丝为110μm的镀金铝丝。丝的参数见表4.5-1。 表4.5-1. 漂移室用丝的参数表 丝种类 材料 直径（μm） 线密度(g/m) 信号丝 镀金钨丝 25 9.4×10-3 场丝 镀金铝丝 110 28.18×10-3 内室的信号由于丝的长度短，在保证丝中心的重力挠度控制在50μm以内时，信号丝加张力18g，场丝加张力为54g。外室的信号丝和场丝上加载的张力随丝的长度变化而变化。丝中心的重力挠度控制在120μm以内。 丝层结构 漂移室的内室和外室沿径向共有43个信号读出层。内室8个信号读出层，外室35个信号读出层。每四个信号读出层为一超层。内室的2个超层全部为斜丝层，用来测量小的出射角粒子的Z坐标。内室的第一个超层为负倾角排列，第二个超层为正倾角排列。正倾角指斜丝相对轴作正φ向偏离，负倾角作负φ向偏离。 图4.5-4 漂移室的丝层排列 端面板上同一半径的斜丝在空间形成一个回旋双曲面，中心距Z轴最近。在斜丝倾角不大的情况下，中心下凹，其中Rend为斜丝层在端面板上的半径，