确定的位置分辨率LYSO闪烁晶体使用Geant4蒙特卡罗代码

文摘

LYSO闪烁晶体,由于其显著的特点,如高收益率,快速衰减时间,莫里哀半径小,硬度和良好的辐射,提出了用于电磁量热计的土耳其粒子加速器中心工厂(TAC-PF)检测器。在这部作品中,技术被用来确定重心坐标的影响电子启动电磁淋浴LYSO数组,包含九个晶体,在量热计模块 在横截面和长度200毫米。量热计的响应模块研究与电子能量范围在0.1 GeV-2 GeV。通过使用基于Geant4蒙特卡罗模拟,二维解析模块得到的位置 中心的晶体。

1。介绍

Cerium-doped silicate-based沉重的闪烁晶体最初开发用于医学应用。后来,镥的闪烁特性oxyorthosilicate(交响乐团)1)和lutetium-yttrium oxyorthosilicate (LYSO) [2,3)被发现。LYSO晶体阻止本领很高(> 7克/厘米³)、快速衰减时间(40 ns)和高收益率(PWO的200倍),光和上级对伽马射线辐射硬度,质子和中子,(4- - - - - -6]。此外,水晶发光波长地区在360 nm和600 nm之间,达到一个峰值在402海里。由于上述的所有属性,这个水晶也引起了实验高能物理研究小组的注意努力提高电磁热量计的性能,如提出结束描述量热器的出色的前锋部分(7],KLOE实验[8),彗星实验在日本9),Muon-to-Electron (Mu2e)实验10]。除了钨酸铅(PWO)和Thallium-activated碘化铯晶体(CsI (Tl)), LYSO晶体闪烁也可能是研究电磁量热计的(ECAL)部分提出土耳其加速器Center-Particle工厂(TAC-PF)探测器11]。本文报告一个模拟研究的结果进行评估的位置分辨率Geant4 LYSO闪烁晶体对入射电子的能量范围从0.1 GeV GeV。

2。位置分辨率电磁热量计

当一个粒子被发送到电磁量,它的能量沉积在中央水晶和水晶。影响粒子的位置可以找到的位置加权平均数的能源储量晶体。这项技术用于发现入射粒子的位置称为重心方法和计算 为 - - - - - -协调和类似的,

为 - - - - - -协调,能量沉积在吗水晶和和的坐标吗晶体(12]。理想的位置分辨率,最好把九求和晶体由于巨大的能量波动的影响在电磁级联的尾巴13]。

3所示。Geant4仿真和结果

Geant4仿真代码(14)是用来执行的仿真过程的电子传递电磁量热计模块组成的 LYSO闪烁晶体。电子是垂直于模块2 GeV 0.1电子伏特的能量范围。物理仿真执行与Geant4.10.04-patch-03 QGSP-BERT4.5列表。LYSO晶体有一个200毫米的长度横截面的 毫米² 。模拟,为了获得分布重心的沉积能量晶体,电子注入中央水晶十四岁时不同位置(-12.5毫米,-119毫米,毫米,75毫米,毫米,3毫米,1毫米,0,2毫米,4毫米,6毫米,8毫米,1012.5毫米,毫米),分别扫描整个表面的晶体。中央的中心的坐标水晶被定义 , 。之间的关系和中心的LYSO矩阵可以看到从图1 GeV电子1。

计算位置( )与真正的位置( )如图21 GeV电子(s曲线)。如果碰撞点的中心之间的边界附近的晶体或不同的晶体,可以重构粒子的位置正确,可以看到从图2。在其他情况下,在淋浴时,因为大多数的能量沉积的晶体有一个指数下跌能量相邻晶体之间共享,粒子系统的错误的位置从方程(1)。

消除非线性依赖在这样的位置和计算位置 ,妖冶的适应函数利用。这个函数是一个经验算法和给出的

在这里,和介绍了mm。由于这个健康,的值 , ,和1 GeV发现2.669,0.108,和0.001,分别。表1显示了入射电子能量的获得健康结果0.1和2 GeV之间方向。莫里哀的半径是松散依赖能源,略有不同的参数取决于入射电子的能量。通过使用的值 , ,和从健康,获得了修正位置( )通过计算

类似的计算已经还了方向得到纠正位置( )。作为纠正位置分布光谱大致高斯形状(见图3),他们一直使用高斯函数拟合的位置分辨率。这些分布的(图中所示3给量热计的位置分辨率和方向1 GeV电子能量。图4显示了纠正位置( )与真正的位置( )1 GeV电子方向。图5显示位置决议的中心中央LYSO晶体(坐标 )入射电子的能量从GeV 2 GeV的0.1。Geant4模拟表明,位置分辨率提高入射电子的能量增加,如图5。中心的中央水晶、位置分辨率取决于入射电子的能量可以参数化的 为方向和 为方向。

空间分辨率不是常数的整个表面闪烁晶体和变化取决于入射电子的位置的影响。我们可以看到在图6,模拟位置分辨率提高晶体闪烁体的边缘,和最小空间分辨率上获得边缘。这是由于电磁之间的级联共享相邻晶体开始变得重要的水晶在那个位置。

一个可以得到二维位置分辨率通过使用和价值观:

图7显示了二维位置分辨率的函数能量的中心 LYSO矩阵。

此外,为了检查的准确性仿真代码,一个原型开发的电磁量热计的彗星实验的裁判。9)是模拟Geant4代码。提到原型包括 LYSO晶体的尺寸 厘米³。的位置分辨率模型计算了入射电子的使用上面提到的重心法。仿真结果与实验数据很有细微差别在低能量下可以显示在图8。

4所示。结论

仿真的位置分辨率电磁量热计模块使得该TAC-PF LYSO晶体探测器已经使用Geant4仿真执行的代码。位置分辨率计算每2毫米一步从0.1到2 GeV入射电子的能量,可以显示在图6。该决议与s形校正有明显改善。进入量热计的电子模块的中心LYSO晶体,该决议( )方向是7.76毫米(7.81毫米)在0.1 GeV和2 GeV 2.41毫米(2.32毫米)。位置分辨率计算 为方向,也获得了类似的结果方向。二维位置分辨率计算 。同时,通过使用函数(4)符合参数见表1与未成年人修改,电子或光子位置的影响类似LYSO热量计可以推导出重心的能源储量晶体。

数据可用性

论文中所有数据代表了蒙特卡罗模拟得到的结果,和使用的数据来支持本研究的发现在相关地方引用文本中引用。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文中报告的数值计算部分执行图ULAKBIM,高性能计算和网格计算中心(TRUBA参考资料)。

引用

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