[论文解读] A Scintillating-fiber Beam Profile Monitor for the DAFNE BTF

M. Anelli, B. Buonomo+2 more|ArXiv.org|Nov 25, 2004

Spectroscopy and Laser Applications参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文提出了一种用于DAΦNE束流测试装置（BTF）的闪烁纤维束斑监测器，采用四层堆叠的1 mm直径包层闪烁纤维，耦合至多阳极光电倍增管（MAPMT），实现非破坏性、高分辨率的束流监测。该探测器在25–750 MeV的宽广束流能量范围（单粒子至每束团10^10粒子）内实现了约2 mm的空间分辨率，支持实时在线监测束流位置与尺寸，死时间极短，且在每脉冲600粒子以下无饱和现象。

ABSTRACT

A scintillating-fiber beam profile detector has been designed, built and tested, for the monitoring of the position and size of the electron beam of the DAFNE, the recently commissioned electron beam-test facility at the Frascati LNF. A description of the detector construction and assembly, together with the results achieved during the 2003-2004 run, are here reported.

研究动机与目标

• 开发一种适用于DAΦNE BTF的坚固、非破坏性束斑监测器，可在宽广的束流能量和强度范围内运行。
• 通过紧凑、低材料预算的设计，实现约1 mm的高空间分辨率和单粒子灵敏度。
• 在BTF控制系统中实现实时在线监测束流位置与尺寸，以支持束流优化和用户实验对准。
• 在仅使用32个ADC通道的前提下，最小化探测器复杂度和通道数量，同时保持足够的光产额和信噪比，以满足低强度束流的测量需求。
• 在不同束流条件下验证性能，包括单粒子模式和最高达600粒子/脉冲的高强度束团。

提出的方法

• 将四层1 mm直径包层闪烁纤维（Pol.Hi.Tech型号0046）堆叠并错位0.5 mm，以最小化死区并最大化光收集效率。
• 每组11–12根纤维束通过PVC掩模对准，耦合至Hamamatsu H6568多阳极光电倍增管（MAPMT），其具有16个像素，每个像素尺寸为4.2×4.2 mm²。
• 使用光学胶（BICRON BC600）粘接纤维，确保高效光传输，每层胶粘后需48小时固化时间。
• 采用双视图探测器配置，使纤维相互垂直排列，实现水平与垂直方向束斑的同步测量。
• 电荷信号通过12位、0.25 pC/计数的电荷积分ADC进行积分，信号经处理并存储，用于实时束斑重构。
• 探测器已集成至BTF控制系统，实现每几秒一次（49 Hz）的束斑图像在线显示。

实验结果

研究问题

• RQ1 该闪烁纤维束斑监测器是否可在DAΦNE BTF中实现25–750 MeV宽能量范围内亚毫米级的空间分辨率？
• RQ2 探测器是否具备足够灵敏度以分辨单粒子束流，同时在每束团最高600粒子的强度下保持线性且无饱和？
• RQ3 由于多重散射和固有发散角，束斑尺寸如何随能量变化？探测器能否分辨这些效应？
• RQ4 探测器是否可在仅32个ADC通道的前提下，仍实现准确、实时的束流监测，且具备紧凑、低材料预算的设计？
• RQ5 在不同聚焦与准直设置下，探测器是否保持一致性能，且无显著分辨率损失？

主要发现

• 探测器在水平与垂直两个方向上均实现了约2 mm的空间分辨率，可实现对束流位置与尺寸的精确监测。
• 在低能区（低于400 MeV）束斑尺寸因多重散射而增大，其变化符合1/(βcp)依赖关系，与理论预期一致。
• 在能量高于400 MeV时，束斑尺寸趋于稳定，约为3 mm，受限于束流发散角与探测器分辨率。
• 在从单粒子到超过600粒子/束团的各类束流强度下，未观察到显著的分辨率损失，证实了其线性与稳定性。
• 探测器在单粒子模式下运行良好，且在每脉冲600粒子/脉冲的强度下仍无饱和或信号失真，性能完整。
• 束斑图像已成功集成至BTF控制系统，实现仅需数秒数据采集时间的实时在线可视化，可显示束流位置与尺寸。