Performance of a prototype TORCH time-of-flight detector
Performance of a prototype TORCH time-of-flight detector
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原型 TORCH 飞行时间探测器的性能
DOI：
10.1016/j.nima.2023.168181
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Bhasin S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bhasin S
TORCH是一种新型的飞行时间探测器，设计用于在9.5米的飞行路径上提供动量范围为2-20 GeV/c的π介子、K介子和质子的带电粒子识别，探测器模块包括10 mm厚的石英板，提供切伦科夫光子源，该光子通过全内反射传播到板的一端。在这里，光子被聚焦到定制设计的微通道板光电倍增管（MCP-PMT）阵列上，测量它们的位置和到达时间。每个光子的目标时间分辨率为70 ps，对于每个带电粒子30个检测到的光子，这导致10-15 ps的飞行时间分辨率。一个1.25米长的TORCH原型模块采用两个MCP光电倍增管已经开发出来，并在欧洲核子研究中心PS使用8 GeV/c动量的带电强子束进行测试。介绍了该模块的结构、MCP光电倍增管的性能以及读出电路。收集的光子产量和单光子时间分辨率的测量已被执行作为板上的粒子进入点的函数，并与预期相比。这些研究表明，TORCH原型的性能接近全尺寸探测器的设计目标。
TORCH is a novel time-of-flight detector, designed to provide charged particle identification of pions, kaons and protons in the momentum range 2–20 GeV/c over a 9.5 m flight path. A detector module, comprising a 10 mm thick quartz plate, provides a source of Cherenkov photons which propagate via total internal reflection to one end of the plate. Here, the photons are focused onto an array of custom-designed Micro-Channel Plate Photo-Multiplier Tubes (MCP-PMTs) which measure their positions and arrival times. The target time resolution per photon is 70 ps which, for 30 detected photons per charged particle, results in a 10–15 ps time-of-flight resolution. A 1.25 m length TORCH prototype module employing two MCP-PMTs has been developed, and tested at the CERN PS using a charged hadron beam of 8 GeV/c momentum. The construction of the module, the properties of the MCP-PMTs and the readout electronics are described. Measurements of the collected photon yields and single-photon time resolutions have been performed as a function of particle entry points on the plate and compared to expectations. These studies show that the performance of the TORCH prototype approaches the design goals for the full-scale detector.
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M. Dijk