应用于NICA-MPD的Shashlik取样型电磁量能器性能模拟

• 作者: 曾德凯 彭肖宇 魏鑫 程凯 季选韬 朱坤 屈国普 胡创业 王晓冬
• 来源期刊: 核技术
• 关键词: 电磁量能器 GEAN4模拟 能量沉积 能量分辨率 能量泄漏
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 加速器技术、射线技术及应用|ACCELERATOR, RAY TECHNOLOGY AND APPLICATIONS
• 页码范围: 16-26
• 页数: 11页
• 分类号: TL99
• 语种: 中文
• DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080201

摘要

俄罗斯重离子超导同步加速器的多功能探测器(Nuclotron-based Ion Collider Facility's MultiPurpose Detector,NICA-MPD)采用Shashlik取样型电磁量能器(Electromagnetic Calorimeter,ECAL),设计为由32个扇区组成的圆柱形桶共包含有43008个构层(tower),每个tower由220层吸收体铅片与塑料闪烁体片交替组成.本文对影响其性能的多个参数进行了模拟研究,利用GEANT4软件模拟了影响电磁量能器的能量沉积、能量泄漏、能量分辨率等多种参数.模拟结果表明:不同物质作为吸收体时,高原子序数(Z)物质有利于能量沉积,并且能量主要沉积在吸收体中,占比为65％左右;在兼顾能量分辨率与位置分辨率需求后,电磁量能器的每个tower横截面边长设置为4 cm为最优;由于单个tower中横向泄漏大于30％,是能量泄漏的主要原因,因此在实验中可考虑在侧面加涂具有反射作用的涂料层;对于3×3 tower多个组合情况,当吸收体与闪烁体总厚度为1.8?mm时,且吸收体铅为0.3 mm时,能量分辨率能达到满足实验需求的5％@3?GeV;在不同入射能量下,量能器的能量沉积具有良好的线性关系,多个tower组合能提高能量分辨率与能量沉积,且能量越高时,能量分辨率越好.另外通过模拟计算表明,当辐射长度达到13X0时,能量沉积达到最大值,同时得到最佳的能量分辨率,因此NICA-MPD的电磁量能器设计长度约为415?mm,等效于电子经过约12.8个辐射长度.Tower侧面增加反射层能够使移波光纤中的光子数提高10％～19％,光纤端面增加反射层能使到达探测器的光子数提高约50％,验证了增加反射层的重要性和必要性.