BESⅢ漂移室加速老化实验研究

论文摘要

北京谱仪Ⅲ（BES-Beijing SpectrometerⅢ）是运行在北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）（Beijing Electron Positron ColliderⅡ）上的一台大型通用探测器。主漂移室（Main Drift Chamber）是北京谱仪上最重要的子探测器之一。由于漂移室制作周期长，造价高，确保其长期稳定工作十分重要。气体探测器一般都有老化问题，为保证建成后的漂移室能长期正常运行，因此对漂移室和所选用的工作气体需作老化实验。本文首先介绍了漂移室的基本原理和结构，以及其老化机制和老化相应的参数表示。介绍了漂移室老化模型的结构和实验的前期准备工作，包括拉丝、密封、张力和漏电流测量和气体系统、高压系统等。在测量漂移室模型老化率的老化实验中，我们用1.85X109Bq55Fe 5.9 keV X-射线放射源作加速老化实验。测量了阳极丝电流I和55Fe 5.9 keV X-射线全能光电峰位随累积电荷量Q的变化，由此得到累积相当BESⅢDC 5年全天候运行的电荷量（0.07C／cm）后，漂移室小单元的阳极电流降为初始值的87％；老化率为R=-0.19％／（mC／cm）。因此我们认为He／C3H8（60／40）混合气体的老化在合理的范围内。就是说，有老化，能接受，5年后还能工作!为了选择合适的气源，我们对两家不同公司提供的C3H8气体（纯度均为99.95％）进行了多次测量。未观察到两家的C3H8气有明显的差别。这为漂移室选择气源提供了根据。为了考证采用不同射线对漂移室老化性能的影响，我们继而用10mCi99Sr在漂移室老化模型丝的局部部位作加速老化实验，由此得到累积0.07C／cm电荷量后，漂移室小单元的阳极电流降为初始值的84％；老化率为R=-0.23％／（mC／cm）。与用55Fe的结果可比拟。进一步验证了漂移室寿命的可靠性。为了研究减小老化的方法，我们在老化室模型的气体系统中加了水泡泡瓶，结果表明，提高工作气体中的水汽含量不仅可以抑制漂移室的老化，而且可以治疗已老化的漂移室，使其电流增益恢复。这为今后解决漂移室的老化问题提供了重要参考。多轮老化试验后我们发现测出老化率的大小与放射源强度相关，辐照所用放射源强度越大，测出的老化率越小。继而我们讨论了产生此种相关的可能原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图目录
• 表目录
• 第一章 课题研究背景
• 1.1 高能物理的概述
• 1.2 粒子加速器和对撞机的现状及发展趋势
• 1.3 北京正负电子对撞机（BEPC）与北京谱仪（BES）
• 1.3.1 北京正负电子对撞机（BEPC）
• 1.3.2 北京谱仪（BES）
• 第二章 漂移室及其老化效应
• 2.1 漂移室的基本原理及结构
• 2.2 漂移室的主要性能
• 2.2.1 探测效率
• 2.2.2 漂移空间和漂移时间的关系
• 2.2.3 空间分辨率
• 2.2.4 dE/dx分辨
• 2.2.5 动量分辨
• 2.3 漂移室的老化机制及老化效应的参数表示
• 2.3.1 漂移室的老化机制
• 2.3.2 老化效应的参数表示
• 第三章 漂移室老化模型
• 3.1 老化模型的结构和物理目标
• 3.2 老化模型的建造
• 3.2.1 端面板的设计，加工及组装
• 3.2.2 模型和定位子的清洗
• 3.2.3 拉丝
• 3.2.4 密封
• 3.3 老化模型的实验前期工作
• 3.3.1 张力的测量
• 3.3.2 漏电流的测量
• 3.3.3 气体系统
• 3.3.5 外围插件及数据获取系统
• 3.4 小结
• 55Fe 5.9 keV X-射线辐照实验'>第四章⁵⁵Fe 5.9 keV X-射线辐照实验
• 4.1 MDC阳极丝累计电量和老化时间的估算
• 55Fe 5.9 keV X-射线辐照实验安排'>4.2⁵⁵Fe 5.9 keV X-射线辐照实验安排
• 4.3 最佳工作气体流量的确定
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 阳极丝电流I随辐照时间的变化
• 4.4.2 阳极电流随累积电荷量的变化测老化率
• 4.4.3 光电峰位随累积电荷量的变化测老化率
• 4.4.4 扫描电镜分析（SEM）、X-射线能谱成分分析（EDS）
• 4.5 小结
• 90Sr β-射线辐照实验'>第五章⁹⁰Sr β-射线辐照实验
• 90Sr β-射线辐照实验安排'>5.1⁹⁰Sr β-射线辐照实验安排
• 5.2 最佳工作气体流量的确定
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 阳极丝电流I随辐照时间（即累积电荷量）的变化
• 55Fe 5.9 keV X射线全能光电峰法测老化率'>5.3.2⁵⁵Fe 5.9 keV X射线全能光电峰法测老化率
• 5.3.3 扫描电镜分析（SEM）、能量散射X-射线点成分分析
• 5.4 小结
• 第六章 水蒸汽对老化率的影响
• 6.1 老化模型气体系统的改进
• 6.2 实验结果
• 6.2.1 从阳极电流法所得的结果
• 6.2.2 从全能光电峰位法所得的结果
• 6.3 蒸馏水泡泡瓶作用的进一步检验
• 55Fe X射线辐照实验'>6.3.1⁵⁵Fe X射线辐照实验
• 90Sr β-射线辐照实验（老化室电流增益的恢复）'>6.3.2⁹⁰Sr β-射线辐照实验（老化室电流增益的恢复）
• 6.4 小结
• 第七章 小单元漂移室模拟老化实验中老化率与辐照放射源强度的相关
• 7.1 老化率与放射源强度的相关
• 7.1.1 阳极丝电流测出的老化率与源强的关系
• 7.1.2 光电峰位法测出的老化率与源强的关系
• 7.2 结果讨论
• 7.3 小结
• 总结与讨论
• 参考文献
• 附录
• 55FeX-射线辐照实验阳极丝电流I随辐照时间的变化'>Ⅰ、历轮⁵⁵FeX-射线辐照实验阳极丝电流I随辐照时间的变化
• 55FeX-射线辐照实验阳极丝电流I随累积电荷量的变化'>Ⅱ、历轮⁵⁵FeX-射线辐照实验阳极丝电流I随累积电荷量的变化
• 55FeX-射线辐照实验光电峰位随累积电荷量的变化'>Ⅲ、历轮⁵⁵FeX-射线辐照实验光电峰位随累积电荷量的变化
• 在学期间发表的文章
• 致谢