基于dEdx的質(zhì)子能量反演(PPT課件)

1、基于基于dE/dx的質(zhì)子能量反演的質(zhì)子能量反演牛莉博牛莉博 黃孟黃孟 李玉蘭李玉蘭清華大學(xué)工程物理系清華大學(xué)工程物理系2014.07.20主要內(nèi)容 背景介紹背景介紹 質(zhì)子的電離能損及其質(zhì)子的電離能損及其Bragg曲線曲線 質(zhì)子質(zhì)子dE/dx與能量與能量E的關(guān)系的關(guān)系 基于基于dE/dx的的質(zhì)子能量反演質(zhì)子能量反演 結(jié)論結(jié)論2021-11-521 背景介紹80mm160mm30138mm作用點(diǎn)反沖質(zhì)子徑跡中子入射方向讀出平面l反沖質(zhì)子法反沖質(zhì)子法l質(zhì)子飛行徑跡質(zhì)子飛行徑跡l質(zhì)子的能量沉積質(zhì)子的能量沉積lFWHM5%5MeV，302021-11-532 質(zhì)子的電離能損率及其Bragg曲線（1） 描

2、寫(xiě)描寫(xiě)dE/dx與帶電粒子速度、電荷等關(guān)系的經(jīng)典公式稱為與帶電粒子速度、電荷等關(guān)系的經(jīng)典公式稱為Bethe公公式，其表達(dá)式為：式，其表達(dá)式為：?jiǎn)栴}：若能獲得入射帶問(wèn)題：若能獲得入射帶電粒子徑跡初始段的電粒子徑跡初始段的dE/dx值 ， 能 否 根 據(jù)值 ， 能 否 根 據(jù)Bethe公式解譜獲得入公式解譜獲得入射帶電粒子的能量？射帶電粒子的能量？2021-11-542 質(zhì)子的電離能損率及其Bragg曲線（2） 帶電粒子的能量損失率沿其徑跡的變化曲線稱作Bragg曲線。在徑跡的絕大部分中，帶電粒子的能量損失率粗略的正比于1/E，相應(yīng)于右圖中的b區(qū)，Bragg曲線隨穿透距離增大而上升。接近徑跡末端時(shí)

3、，質(zhì)子能量已經(jīng)很低，Bragg曲線下降，直至零。2021-11-552 質(zhì)子的電離能損率及其Bragg曲線（3） 使用TRIM程序計(jì)算了不同單能質(zhì)子在TPC工作氣體Ar/C2H6（50/50）中的射程及其Bragg曲線。2021-11-562 質(zhì)子的電離能損率及其Bragg曲線（4） 上圖為不同單能（1MeV、2MeV、3MeV、4MeV、5MeV）入射質(zhì)子在Ar/C2H6 (50/50)中的Bragg曲線，入射質(zhì)子數(shù)為10,000個(gè)。對(duì)于1MeV及2MeV能量的入射質(zhì)子盡管在其徑跡的絕大部分上dE/dx與能量E存在反比關(guān)系，但由于其射程較短， dE/dx的精確測(cè)量存在難度。2021-11-5

4、72 質(zhì)子的電離能損率及其Bragg曲線（5）2021-11-583 質(zhì)子dE/dx與能量E的關(guān)系（1） 選取射程初始點(diǎn)（實(shí)際上是計(jì)算中的第一個(gè)點(diǎn)）處的dE/dx，觀察該值與入射質(zhì)子能量E的關(guān)系。2021-11-593 質(zhì)子dE/dx與能量E的關(guān)系（2）2021-11-5104 基于dE/dx的質(zhì)子能量反演（1） 模擬計(jì)算10,000個(gè)單能質(zhì)子事例（能量為3.5MeV和4MeV），記錄射程前60mm內(nèi)的dE/dx平均值，反演計(jì)算對(duì)應(yīng)入射質(zhì)子的能量，得到的能量分辨率（FWHM）分別 為 1 . 5 % 3 . 5 M e V 和1.2%4.0MeV。2021-11-5114 基于dE/dx的質(zhì)子

5、能量反演（2） 使用二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，并在此基礎(chǔ)上對(duì)10,000個(gè)單能質(zhì)子事例（能量為3.5MeV和4MeV）進(jìn)行能量反演。計(jì)算得到的結(jié)果為：能量分辨率（FWHM）分別為1 . 4 5 % 3 . 5 M e V 和1.2%4.0MeV。2021-11-5124 基于dE/dx的質(zhì)子能量反演（3） 以反沖角30為例，此時(shí)反沖質(zhì)子的能量為3.75MeV，對(duì)應(yīng)的射程約為160mm，若保證反沖質(zhì)子的能量完全沉積在TPC中，則要求中子與質(zhì)子的作用點(diǎn)距離讀出平面至少138mm。而若采用解譜獲得入射質(zhì)子的能量則該距離可減少至52mm。 由此僅考慮入射深度的影響，探測(cè)效率可由362/500=72%提高至448/500=89.6%。80mm160mm3052mm30mm60mm138mm作用點(diǎn)反沖質(zhì)子徑跡中子入射方向讀出平面2021-11-5135 結(jié)論 使用dE/dx來(lái)解譜入射質(zhì)子能量的方法可