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2021年束流实验晶体探测单元能量刻度


2021年束流实验

HERD量能器于2021年10月在CERN进行了束流实验。

bt2021_layou2t.png

探测器在束流线的排布如图所示,束流从前往后以此经过PS trigger外触发探测器,TRD穿越辐射探测器,SCD硅电荷探测器,PSD塑料闪烁体探测器,FIT光纤径迹探测器,量能器晶体阵列。

量能器由525块LYSO晶体以5*5*21(X*Y*Z)的方式排布。每块晶体的信号由两台相机读出,一台高量程,一台低量程,覆盖束流能量的动态范围。

探测单元的能量刻度方法

每个量能器探测单元对应着相机图像上的一个光斑,光斑亮度与入射光强度成正比,同时也与 LYSO 晶体产生的闪烁光、晶体内沉积能量成正比。

需要先把相机图像转化为以灰度值为单位的晶体单元光斑亮度,然后分别刻度各晶体低量程和高量程灰度和沉积能量的方法,建立灰度值和能量的对应关系。

最后将晶体的光斑亮度乘以其对应的刻度系数转化为沉积能量,更进一步还原出束流携带的能量信息。

光斑灰度计算方法为像素合并法:以光斑重心为圆心,半径为R像素的圆内所有像素灰度值求和(本次束流实验R=3,5,7,目前的分析只使用R=5)。

为了得到光斑亮度和沉积能量之间的关系,需要对原理样机所有单元的低量程和高量程分别进行刻度。刻度使用的束流为350GeV/c的质子。通过远程控制平台在XY平面移动,将束流中心对准20个位置进行20次测量,每次可以刻度21个单元。

对低量程的刻度使用MIP特征信号,见一个示例。关于MIP,参考文献(PDG,PASSAGE OF PARTICLES THROUGH MATTER)章节。

对高量程的刻度使用簇射事例,即挑选出同时在低量程相机和高量程的产生信号的事例,通过研究二者之间的关系进行交叉刻度,见一个示例

数据文件

范例 20211018_111148_LR_00024.root为低量程相机数据文件, 20211018_111121_HR_00024.root为高量程相机数据文件。

每个文件分别有3个branch,如下:

*Br 0 :IsCMOS:IsCMOS[525][3]/D,此数组存储光斑灰度值。

第一个下标525表示525块LYSO晶体的编号,编号与晶体坐标的关系为:n=X*21*5+Y*21+Z,X、Y、Z的定义见 下图;第二个下标[3]表示计算光斑亮度时的三个半径分别为(R=3,5,7),可暂时只考虑使用R=5。

以获取中心串第五层单元输出信号为例,该单元的X=2,Y=2,Z=4,计算n=2*21*5+2*21+4=256,可知输出信号为IsCMOS[256][2](注意数组的脚标从0开始),反过来已知n求XYZ可以简单地用求余运算得到结果。

*Br 1 :TriggerNumber:TriggerNumber/i,当前事例对应的触发号,用于高低量程事例匹配,即触发号相同的束流事例为同一个事例。

有束流粒子存在的事例,触发号为大于0的整数;无束流粒子的用于刻度基线的事例,触发号等于0。可用这一条件区分刻度事例和束流事例。

*Br 2 :MCPGain : MCPGain/I,硬件增益,可以暂时不理会。

Homework

2021-12-6

  • 了解MIP事例做刻度的原理。
  • 打开ROOT文件,画出21个着火晶体的灰度分布。
  • 根据MIP事例的特征,思考挑选出穿透性事例的算法。
  • 根据算法挑出的MIP事例,利用拟合的方法确定MIP峰位对应的灰度,即灰度-能量转换系数。
  • 同理做21个晶体的灰度-能量转换系数,做出该系数的直方图分布。
  • 利用触发号,匹配高低量程相机的数据。
  • 利用非MIP的簇射事例,做同一个晶体对应的高低量程两个相机的灰度的二维分布。
  • 对二维分布做拟合,确定高量程的灰度-能量转换系数。

-- xu ming - 2021-07-16 ---++

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