Development and implementation of a time-based signal generation scheme for the Muon Chamber simulation of the CBM experiment at FAIR
在即将建成的反质子与离子研究设施(FAIR)中,压缩重子物质(CBM)实验将采用自由流数据采集技术,无需任何硬件触发,利用自触发读出电子学,在高达10 MHz的极高相互作用速率下进行核碰撞数据采集。已经开发了一个仿真框架,具有现实的数字化的探测器在CBM的μ子室(MuCh)子系统中提供了一个现实的模拟的时间戳数据流。在这篇文章中,我们描述了实现的自由流检测器模拟和基本数据相关的影响检测器的相互作用率。
2021-04-24 hep-ex physics.ins-det
Machine Learning Application for $\mathbfΛ$ Hyperon Reconstruction in CBM at FAIR
FAIR的压缩重子物质实验将研究高净重子密度区域的QCD相图。奇异重子的产生增强,例如产生最丰富的$Λ$超子,可以发出QCD物质过渡到新阶段的信号。在这项工作中,CBM性能重建的$Λ$超子通过其衰变到质子和$π^{-}$。衰变拓扑重构在Particle-Simple(PFSimple)软件包中实现,机器学习算法提供有效的衰变选择和高信号背景比。
2021-08-30 nucl-ex physics.ins-det
Testing a large size triple GEM detector for the first station of the CBM-Muon Chambers with a high-intensity gamma source at GIF++ under large-area illumination
本文测试了大型三重GEM探测器在GIF++高强伽马源下的性能,验证其在高通量下增益和效率稳定,可承受约17.25 MHz/cm2伽马率,适用于CBM实验。
2025-04-25 hep-ex physics.ins-det
Detectors and Electronics for the CBM experiment at FAIR
本文概述了FAIR设施CBM实验的探测器与电子学开发现状,该实验采用自由流式读出架构和抗辐射探测器,在SIS18上完成mCBM测试,旨在探索QCD相图。
2025-06-25 hep-ex physics.ins-det
MRPC3b mass production for CBM-TOF and eTOF at STAR
压缩重子物质(CBM)光谱仪旨在研究极端条件下的强相互作用物质。在SIS 100加速器的重离子碰撞中,在入射能量为2至11 AGeV的情况下提供强子识别的关键要素是飞行时间(TOF)壁,其覆盖了从$2.5^0$-$25^0$到全方位角的极角范围。建立信任措施预计将于2024年在德国达姆施塔特的反质子和离子研究设施投入运行。现有的概念设计预见了由多间隙电阻板室(MRPC)组成的120 m^2 TOF壁,其被细分为高速率区域、中速率区域和低速率区域。MRPC3b多带-MRPC预计将集成在低速率区域,必须应对高达1 kHz/cm 2的带电粒子通量,因此将采用薄浮法玻璃(0.28 mm厚)作为电阻电极材料。在FAIR第0阶段计划的范围内,计划在BNL的STAR实验的东端盖区域安装约36%的MRPC 3b计数器,作为2019/2020年束能量扫描活动(BESII)的升级。
2018-07-06 physics.ins-det
Development of a water-based cooling system for the Muon Chamber detector system of the CBM experiment
为了满足德国GSI压缩重子物质实验中基于气体电子倍增器(GEM)的μ子室(MuCh)探测器系统的冷却要求,正在研究一种水基冷却系统。该系统基于通过铝板内的通道循环冷水。铝板连接到GEM室。一个小的和两个实际尺寸的原型冷却板进行了可行性研究。该系统采用单片机控制,实现了对钢板表面温度的自动控制和监测。实际尺寸的原型已被用于在欧洲核子研究中心SPS(超级质子同步加速器)的测试束实验与铅靶上的铅束。使用三个原型模块的设置已经在实验室中准备好,用于在模拟的真实环境中进行测试。本文详细介绍了冷却样机的工作原理、机械设计、制造和试验结果。
2022-04-20 hep-ex physics.ins-det
Status of the vertex detector program of the CBM experiment at FAIR
压缩重子物质实验(CBM)是未来FAIR设施(德国达姆施塔特)的核心实验之一。固定靶实验将用大量稀有探针探索高净重子密度区域中强相互作用物质的相图。微顶点探测器(MVD)将以$\sim 50~\rm μm$的精度确定开粲粒子的二次衰变顶点,有助于双电子能谱的背景剔除,并有助于通过丢失的质量鉴定重建奇异粒子的中性衰变产物。MVD包括四个具有0.3和$0.5\%~x/X_0$的站,其放置在$5$和$20~\rm cm$之间,在靶下游和真空内部。它将承载高粒度的下一代单片有源像素传感器,空间精度为$5\rm~μm$,时间分辨率为$5 ~\rm μs$,峰值速率能力为$\sim 700~\rm kHz/mm^2$。此外,需要对$3\cdot10^{13}~\rm n_{eq}/cm^{2}$和$\gtrsim 3~\rm Mrad$的耐受性。在本文档中,我们总结了传感器的发展,站原型,和检测器慢控制的状态。
2018-10-19 nucl-ex physics.ins-det
Lightweight Thermal Management Strategies for the Silicon Detectors of CBM at FAIR
本研究针对FAIR装置CBM实验的全硅内迹线探测器,开展轻量化热管理策略研究,通过两类硅探测器的热样机验证了方案可行性,为批量生产及2028年整体调试奠定基础。
2025-02-21 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
mTOF performance during mCBM beam time at GSI
目前正在德国达姆施塔特建造的未来反质子和离子研究设施(FAIR)是世界上最大的研究项目之一。压缩重子物质(CBM)实验是FAIR的主要支柱之一,研究在高达10 MHz的重离子碰撞中具有前所未有的相互作用速率的高重子密度下的量子色动力学(QCD)相图。这需要新的数据驱动读出链、新的数据分析方法和高速率检测器系统。CBM飞行时间壁(CBM-TOF)的任务是带电粒子的识别。在CBM-TOF相应区域将使用具有不同速率能力的多间隙电阻板室(MRPC)。为了缩短煤层气的调试时间,于二零一九年在GSI SIS 18设施安装了煤层气全系统测试装置(称为迷你煤层气(mCBM)),并进行了梁测试。清华大学开发的高速率MRPC原型(称为MRPC 2)被选中用于mCBM的mTOF模块。在mCBM实验中,还测试了来自USTC的被称为MRPC 3的附加薄浮法玻璃MRPC,其被预见用于CBM较低速率区域。文中给出了两种MRPC的跟踪性能分析结果。
2020-05-30 hep-ex physics.ins-det
Status of the Compressed Baryonic Matter experiment at FAIR
压缩重子物质(CBM)实验将在德国达姆施塔特正在建设的国际反质子和离子研究设施(FAIR)研究高能重离子碰撞。CBM研究计划的重点是在中子星核心密度下探索QCD物质,如状态方程的研究和相变的寻找。关键的实验观测量包括(多)奇怪(反)粒子,电子-正电子对和双μ子,粒子关联和波动,以及超核。为了以前所未有的精度多差分测量这些诊断探针,CBM检测器和数据采集系统被设计为以高达10 MHz的反应速率运行。这就需要发展快速和辐射硬探测器和读出电子的轨道重建,电子和μ子识别,飞行时间的确定,和事件表征。数据由超快、耐辐射和自由流的前端电子设备读出,然后通过抗辐射数据聚合单元和高速光学连接传输到高性能计算中心。一个快速和高度并行化的软件将执行在线轨道重建,粒子识别和事件分析。将讨论煤层气实验装置的组成部分,并将介绍物理性能研究的结果。
2020-04-24 nucl-ex physics.ins-det
Twin GEM-TPC Prototype (HGB4) Beam Test at GSI - a Development for the Super-FRS at FAIR
GEM-TPC探测器将成为标准Super-FRS探测系统的一部分,作为沿分离器及其三个分支的几个中心站的跟踪探测器。
2016-12-16 physics.ins-det
Detector control system for the CBM-TOF
一个高性能的飞行时间(TOF)MRPC墙正在建设的CBM实验在FAIR带电强子识别。TOF系统的探测器控制系统将基于EPICS。所有组件,如低压和高压电源、配电箱、气体控制和前端电子设备(FEE)都受到控制和监控。在一个名为mini-CBM的测试中,所有这些功能都得到了实现和测试。为了监测探测器环境和前端电子设备的状态,基于IPbus实现了一个慢速控制应用程序,IPbus是一种基于FPGA的慢速控制总线,用于TOF数据采集系统。除了控制和监测功能外,还实施了异常处理和数据存档服务。该系统已于2019年在GSI的梁测试中得到充分验证。
2020-10-26 hep-ex physics.ins-det
Time and position resolution of high granularity, high counting rate MRPC for the inner zone of the CBM-TOF wall
在多条电极上具有读出的多间隙RPC原型被开发用于CBM-TOF子探测器的小极角区域,这是粒度和计数率方面要求最高的区域。原型基于低电阻率($\sim$ 10 $^{10}$ $Ω$ cm)玻璃电极,用于在高计数率环境中执行。选择带宽度/节距尺寸以满足与前端电子器件的阻抗匹配和CBM-TOF壁的最内区域的粒度要求。在SIS 18- GSI Darmstadt和SPS-CERN进行的使用铅靶上的重离子碰撞产生的二次粒子的束内测试集中于原型在类似于SIS 100/FAIR预期条件下的性能。在高计数率和高多重数环境下,系统的效率大于98%,系统时间分辨率在70 - 80 ps量级。
2016-05-09 hep-ex physics.ins-det
Observations on MIMOSIS-0, the first dedicated CPS prototype for the CBM MVD
FAIR未来的压缩重子物质(CBM)实验的微顶点探测器(MVD)必须提供$\sim 5~\rm μm$的空间精度,并结合0.3 - 0.5 X $_0$的材料预算,以实现完整的探测器站。同时,它必须处理在100 kHz(4 - 10 AGeV Au+Au碰撞)或10 MHz(高达28 GeV p-A碰撞)的平均碰撞率下操作固定靶实验的速率和辐射负荷。苛刻的要求要求需要专用的探测器技术,这就是下一代CMOS单片有源像素传感器MIMOSIS。我们报告的传感器的要求,介绍的设计方法,以应付它,并显示第一个传感器原型称为MIMOSIS-0的第一次测试结果。
2019-09-12 hep-ex physics.ins-det
Spark probability measurement of a single mask triple GEM detector
三重气体电子倍增器探测器将在CBM MUCH的前两个台站用作跟踪装置,在那里,对于8 AGeV的中心Au-Au碰撞,最大粒子速率预计将达到~1 MHz/cm 2。因此,探测器的稳定运行非常重要。在CERN SPS/H4束线装置上测量了单掩模三重GEM探测器在~150 GeV/c π介子束流和高电离簇射粒子环境中的放电几率。研究了不同粒子率下的火花几率与增益的关系。本文详细介绍了实验装置,火花识别方法和结果。
2021-07-02 hep-ex physics.ins-det
Super-FRS GEM-TPC Prototype Development Based on n-Xyter Asic for the FAIR Facility
FAIR设施是一个研究离子和反质子束的国际加速器中心。它正在德国达姆施塔特建造,作为目前GSI研究所的扩展。该设施的一个主要部分将是Super-FRS分离器,该分离器将包括在项目建设的第一阶段。NUSTAR实验将受益于Super-FRS,它将提供前所未有的放射性离子束(RIB)范围。这些实验将在三个不同的分支中使用不同能量和特性的束流;高能量利用在生产过程中产生的相对论能量为300-1500 MeV /u的RIB,低能量分支旨在使用0-150 MeV/u范围内的束流,而环分支将冷却并在NESR环中存储束流。Super-FRS束流诊断室的主要任务是设置和调整分离器,以及提供跟踪和逐事件粒子识别。赫尔辛基物理研究所、夸美纽斯大学和GSI的探测器实验室和实验电子学正处于GEM-TPC探测器的联合研发阶段,该探测器可以满足这种诊断和跟踪室在跟踪效率、空间分辨率、计数率能力和动量分辨率方面的要求。将展示第一个原型的当前状态和使用安装在GEMEX卡上的n-Xyter芯片的测试光束活动S417的初步结果。
2016-12-16 physics.ins-det
Performance of the prototype Silicon Tracking System of the CBM experiment tested with heavy-ion beams at SIS18
针对CBM实验的硅径迹系统,本文通过mini-CBM演示装置在SIS18束线上以1-2 AGeV重离子碰撞测试其原型,评估了时间/位置分辨率、重建效率、信噪比等运行性能。
2025-05-26 nucl-ex physics.ins-det
Twin GEM-TPC Prototype (HGB4) Beam Test at GSI and Jyväskylä - a Development for the Super-FRS at FAIR
FAIR[1]设施是一个研究离子和反质子束的国际加速器中心。它正在德国达姆施塔特建造,作为目前GSI研究所的扩展。该设施的一个主要部分将是Super-FRS[2]分离器,该分离器将包括在项目建设的第一阶段。NUSTAR实验将受益于Super-FRS,它将提供前所未有的放射性离子束(RIB)范围。这些实验将在三个不同的分支中使用不同能量和特性的束流;高能量利用在生产过程中产生的相对论能量为300-1500 MeV/u的RIB,低能量分支旨在使用0-150 MeV/u范围内的束流,而环分支将冷却和储存NESR环中的束流。Super-FRS束流诊断室的主要任务是设置和调整分离器,以及提供跟踪和逐事件粒子识别。赫尔辛基物理研究所和GSI的探测器实验室和实验电子学正在联合研发GEM-TPC探测器,该探测器可以满足这种跟踪探测器在跟踪效率、空间分辨率、计数率能力和动量分辨率方面的要求。目前的原型是该类型的第四代,是同一容器内的两个双配置GEM-TPC。这意味着GEM-TPC中的一个在中间平面w.r.t.另一个2016年,该室在于韦斯屈莱加速器上用质子射弹进行了测试,在GSI上用铀、碎片和碳束进行了测试。
2017-11-22 physics.ins-det
Demonstrating CBM Capabilities by $Λ$ Baryon Reconstruction in Ni+Ni Collisions with the mCBM Experiment at SIS18 of GSI/FAIR
本文利用mCBM实验在Ni+Ni碰撞中重建Λ重子,验证了CBM探测器技术和数据链在高事件率下的性能,为全尺寸CBM实验做准备。
2026-06-01 nucl-ex physics.ins-det
Development and test of a real-size MRPC for CBM-TOF
在德国达姆施塔特GSI反质子与离子研究中心(Fair for Anti-proton and Ion Research,简称Fair)的CBM(Compressed Baryonic Matter)实验中,利用MRPC(Multi-gap Resistive Plate Chamber)良好的时间分辨率、相对较高的效率和低廉的造价,采用MRPC(Multi-gap Resistive Plate Chamber)构建了大型飞行时间(Time-of-Flight,简称TOF)系统,实现了前所未有的强子识别精度。我们研制了一种双端读出条MRPC。它采用低阻玻璃,在高速率条件下保持了良好的时间分辨性能。2x 4气隙的差分双堆叠结构有助于将所需的高电压降低一半。一个计数器上有24条,每条长270 mm,宽7 mm,间隔3 mm。MRPC电极接地,馈通经过精心设计,以匹配PADI电子器件的100欧姆阻抗。利用宇宙射线对该器件进行了测试,获得了98%的效率和60 ps的时间分辨率。为了进一步检验探测器在更高粒子通量率下工作的性能,原型已经在2014年10月的GSI束流时间和2015年2月的CERN束流时间进行了测试。在两个射束时间中,获得了1 kHz/cm 2的相对高的速率。使用CBM ROOT进行校准。在校准和分析过程中考虑了几个校正(包括时间行走校正、增益校正、条带对准校正和速度校正),以…
2016-05-09 hep-ex physics.ins-det
Integration Concept of the CBM Micro Vertex Detector
本文针对 CBM 实验中微顶点探测器在真空、强磁场和高辐射下的严苛集成需求,提出了涵盖材料选择、组装流程与质量评估的系统性集成方案,为 2028 年探测器调试奠定基础。
2025-02-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
3D Simulation of Electron and Ion Transmission of GEM-based Detectors
时间投影室(TPC)已被选为几个高通量和高重复率实验的主要跟踪系统。这些包括正在进行的实验,如ALICE和未来的实验,如PANDA在FAIR和ILC。在采用气体电子倍增器(GEM)作为ALICE-TPC升级版的气体放大级时,开展了不同的$\mathrm{R}\&\mathrm{D}$活动。通过这些活动确定了低离子反馈的要求。低离子反馈使空间电荷引起的失真最小化,并保持探测器增益和能量分辨率的必要值。在目前的工作中,加菲尔德模拟框架已被用来研究发生在单,三,四GEM探测器的相关物理过程。本文研究了由不同孔距的箔片组成的四重GEM在不同电磁场配置下的离子回流和电子传输(ALICE TPC的投影解)。最后提出了一种新的三重GEM探测器配置,具有低离子回流分数和良好的电子传输特性,作为一个更简单的GEM为基础的替代方案,适合未来的对撞机实验的TPC。
2017-10-02 physics.ins-det
The Super-FRS GEM-TPC prototype development - TDR
本文档包含Super-FRS的光束诊断组件跟踪探测器的预设计。GEM-TPC探测器已被建议作为合适的跟踪探测器的离子/碎片束产生的飞行中分离器超级FRS正在建设中的FAIR设施。该探测器概念结合了充气探测器中两种广泛使用的方法,即时间投影室(TPC)和气体电子倍增(GEM)。三代探测器(原型)已在2011年、2012年和2014年使用相对论离子束在GSI进行了测试。由于Super-FRS的高分辨率消色差模式,高度均匀的传输跟踪探测器对于标记离子/碎片束的动量至关重要。它们必须能够提供关于(水平和垂直)偏离标称束流光学的精确信息,同时在逐个事件的基础上使用缓慢提取的束流,以便明确地识别碎片。主要要求是水平和垂直的最大有效面积为(380 x80)mm 2,位置分辨率< 1 mm,最大速率能力为1 MHz,动态范围约为600 fC。沿Super-FRS光束线需要大约32个在真空中工作的跟踪探测器。
2019-06-26 physics.ins-det
Fast simulation of avalanche and streamer in GEM detector using hydrodynamic approach
在COMSOL Multi-physics平台上开发了一个快速的流体动力学数值模型,用于模拟基于气体电子倍增器(GEM)的气体电离探测器中带电粒子的演化和动力学。使用二维(2D),二维轴对称和三维(3D)模型的探测器的效果进行了分析,以选择最佳的配置。所选择的模型已被用来遵循整个操作制度的单,双和三GEM探测器,包括雪崩和流光模式操作。空间电荷的积累,其对所施加的电场的失真和流光的产生的贡献已被调查在公平的细节使用优化模型。
2020-12-15 hep-ex physics.ins-det
Space-Charge Effects in an Ungated GEM-based TPC
时间投影室(TPC)在高速率实验中的应用的基本限制是缓慢漂移离子在活性气体体积中的积累,这损害了漂移场的均匀性,从而损害了检测器分辨率。传统上,通过使用离子门控结构来克服该问题。然而,这种方法引入了大的死区时间,并将触发速率限制在每秒几百次。通过使用气体电子倍增器(GEM)箔进行气体放大,可以从设置中消除离子门,这本质上抑制了离子的回流。这使得TPC在高速率下的连续操作是可行的。在这项工作中,蒙特卡罗模拟的离子空间电荷的建立在一个GEM为基础的TPC和由此产生的漂移失真的校正进行了讨论,基于现实的数字在三个GEM放大堆栈的离子回流。FAIR未来的PANDA实验中的TPC可以作为实验环境的一个例子,在该实验中,反质子-质子相互作用速率将达到每秒2 × 10^7。模拟结果表明,空间电荷密度达到65 fC每立方厘米,导致电子漂移失真高达10毫米。激光校准系统的应用,以纠正这些失真的影响。基于探测器物理和响应的全面模拟,我们表明,它是可能的,以纠正漂移失真,并保持良好的动量分辨率的GEM-TPC。
2012-09-03 hep-ex physics.ins-det
Status of technology of MRPC time of flight system
基于MRPC技术的飞行时间系统在近代物理实验中有着广泛的应用,在粒子识别中也发挥着重要的作用。随着加速器能量和亮度的不断提高,要求飞行时间系统在高速率环境下能够精确识别确定的粒子。MRPC技术TOF系统可以定义为三代。第一代TOF基于浮法玻璃MRPC,其时间分辨率约为80ps,但速率相对较低(通常低于100Hz/cm 2)。比较典型的有RHIC-STAR的TOF、LHC-ALICE和BES III端盖。对于第二代TOF,其时间分辨率与第一代TOF相同,但速率能力要高得多。其速率性能可达30kHz/cm~2。具有这种高速率TOF的典型实验是FAIR-CBM。最大的挑战是第三代TOF。例如,对于JLab-SoLID TOF系统,在高达20kHz/cm 2的高粒子率下,K/PI分离的动量上限约为7GeV/c,时间要求约为20ps。前两代的读出电路是基于时间过阈值方法的,第三代TOF将采用脉冲形状采样技术。同时,还设计了机器学习技术来分析系统的时间性能。本文将介绍MRPC TOF技术的发展历程以及每一代TOF的关键技术。
2018-05-21 physics.ins-det
Performance of the Endcap Time-of-Flight detector in the STAR beam-energy scan
University of California, Davis(加州大学戴维斯分校);Rice University(莱斯大学);GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH(德国重离子研究中心)
本文介绍了STAR实验中安装的端帽时间飞行探测器(eTOF)的性能,该探测器用于粒子识别,具有70ps的时间分辨率和70%的识别效率,满足设计目标。
2026-04-16 nucl-ex physics.ins-det
Development of CMOS pixel sensors for tracking and vertexing in high energy physics experiments
CMOS像素传感器(CPS)代表了构建带电粒子探测器的新技术途径。CMOS工艺允许将感测体积和读出电子器件集成在单个硅管芯中,从而允许构建每层具有小像素间距($\sim 20 μm$)和低材料预算($\sim 0.2-0.3\% X_0$)的传感器。这些特性使CPS成为高能物理实验中顶点和跟踪系统的一个有吸引力的选择。此外,由于用于制造CPS的大规模生产工业CMOS工艺,与更标准的半导体技术相比,制造构造成本可以显著降低。然而,CPS在辐射硬度和读出速度方面的可达到的性能水平主要由市场上可用的CMOS工艺的制造参数而不是由CPS固有潜力决定。商业CMOS工艺朝着更小的特征尺寸和高电阻率外延层的永久演变导致更好的辐射硬度,并允许实现加速读出电路。TowerJazz $0.18 μm$ CMOS工艺是最相关的例子之一,最近引起了几个未来探测器项目的兴趣。这些项目中最紧迫的是LHC ALICE探测器内部跟踪系统(ITS)的升级。随后将在FAIR进行建立信任措施实验的微顶点探测器。其他实验,如ILD,认为CPS是风味标记和跟踪子系统的可行选择之一。
2014-02-10 hep-ex physics.ins-det