一种高计数率的能损探测器方案研究

摘要: 正在建设中的强流重离子加速器装置 HIAF 配备了一条先进的放射性束流线 HFRS，建成后将为中国 高能放射性核束物理研究提供新的机遇。HFRS 的特点是流强极高 (初级束流强度 1 × 1011 ppp)，这对用于粒 子鉴别的能损探测器提出了非常高的计数率要求。传统的能损探测器对信号处理一般依次采用电荷灵敏前放、 主放、ADC 的技术路线。该方案存在电子学响应速度较慢、灵活性较差、难以处理高计数率下信号堆积严重 等问题。我们对此提出一种新的适用于高计数率的能损探测器方案：以耐辐照的多次取样电离室为能损探测 器，优化结构和读出方式提高探测器响应速度，使用快电荷灵敏前放对能损探测器信号初步放大后、直接用 波形数字化仪采集波形再进行后续数字算法处理。并利用放射源和束流对该方案进行了验证测试。利用 3 组 分 𝛼 源测试时，对采集的波形使用数字成形算法处理，能量分辨率（FWHM）可达 1.31%。在 RIBLL2 提供 300 MeV/u 的 56Fe 束流测试中，采用时间常数 𝜏f = 2 𝜇𝑠 的快电荷灵敏前放在计数率接近 1 MHz 时仍未发生明显堆积。