第1章 北京谱仪Ⅲ探测器的物理目标与总体设计 1
1.1 τ-粲物理 1
1.2北京谱仪（BES Ⅲ）的物理目标 4
1.2.1轻强子谱研究 5
1.2.2粲偶素物理研究 6
1.2.3粲物理研究 7
1.2.4量子色动力学和强子产生性质研究 8
1.2.5τ轻子物理研究 9
1.3 BES Ⅲ探测器的总体设计 9
第2章 谱仪机械系统 14
2.1设计目标、要求与限制条件 14
2.2谱仪轭铁 15
2.2.1桶部轭铁结构设计 16
2.2.2端部轭铁和移动机构设计 17
2.2.3谱仪轭铁的制造及安装 18
2.3各子探测器的支承结构 20
2.3.1超导磁体的支承 21
2.3.2各子探测器的支承结构设计及安装 21
2.4端部量能器及其移动机构 25
2.4.1端部量能器结构 25
2.4.2端部量能器移动机构 25
2.5谱仪总体移动机构 27
2.5.1谱仪基座的设计 27
2.5.2谱仪总体移动及对撞点就位 27
2.6机械总体的技术特点 29
第3章 主漂移室系统 31
3.1物理设计 31
3.2机械设计 34
3.2.1内室结构 34
3.2.2外室结构 35
3.2.3内外室连接 37
3.3漂移室研究 37
3.3.1模型实验 37
3.3.2定位子、丝、密封胶、夹丝钳 40
3.3.3机械模型试制和预应力试验研究 42
3.4室体的加工与组装 43
3.4.1室体零件加工 44
3.4.2室体组装 45
3.4.3室体测量 46
3.5漂移室布丝 48
3.5.1预应力 49
3.5.2蠕变过程计算分析 50
3.5.3布丝机 50
3.5.4布丝 52
3.5.5张力和漏电流的测量 53
3.5.6内室和外筒窗盖板的安装 55
3.5.7漂移室的密封 56
3.6宇宙线试验 57
3.6.1宇宙线测试系统的安装 57
3.6.2气体系统 59
3.6.3扫描测试 59
3.6.4测试结果 61
3.7漂移室安装 62
3.8运行与性能测试结果 64
3.9创新与特点 65
第4章 主漂移室电子学系统 68
4.1设计要求 68
4.1.1电荷测量 68
4.1.2时间测量 70
4.1.3系统设计须考虑的因素 71
4.2系统和电路设计 73
4.2.1前置放大器 73
4.2.2电荷与时间测量插件 76
4.2.3校准刻度电路 83
4.2.4读出控制插件（MROC插件 85
4.2.5触发接口插件（MTI插件） 86
4.2.6扇出插件（MF-I插件和MF-Ⅱ插件） 87
4.2.7信号电缆 87
4.3系统框图结构和在探测器大厅的布局 88
4.4研制进展 91
4.5性能指标的测试及结果 96
4.6技术特点和创新点 104
第5章 飞行时间探测器系统 107
5.1探测器目标分析 107
5.2探测器设计研究 111
5.2.1桶部闪烁体的选择定型 111
5.2.2端盖闪烁体的选择定型 113
5.2.3光电倍增管的选择 115
5.2.4小模型实验的初步结果 116
5.2.5监测系统 116
5.3探测器制造 118
5.3.1闪烁体研究与质量控制 118
5.3.2光电倍增管研究与质量控制 120
5.3.3探测器配件的制作与质量控制 121
5.4探测器安装 122
5.5探测器离线刻度与时间分辨率 124
5.5.1离线刻度流程与方法 124
5.5.2刻度后飞行时间探测器的时间分辨率 125
5.6总结 127
第6章 飞行时间探测器电子学系统 129
6.1飞行时间探测器读出电子学系统的设计 129
6.1.1性能指标 129
6.1.2技术路线 132
6.1.3系统描述 140
6.2系统研制 141
6.2.1方案调研和论证 142
6.2.2TOF电子学系统的研发 142
6.2.3小系统建立与联调 148
6.2.4安装、调试和初步取数 149
6.3测试结果 150
6.3.1T0F前置放大器 150
6.3.2读出电子学 152
6.3.3TOF时钟系统 154
6.3.4T0F监测器电子学 156
6.3.5其他功能模块 157
6.4技术特点与创新点 157
6.4.1信号链路的全差分处理 157
6.4.2时间、电荷量的统一数字化处理 158
6.4.3 HPTDC非线性实时修正 158
6.4.4光电倍增管快脉冲的“电荷—时间转换”技术与温度漂移补偿 159
6.4.5高精度时钟系统 159
第7章 电磁量能器系统 161
7.1电磁量能器的设计 161
7.1.1晶体的选择 161
7.1.2 CsI（Tl）晶体尺寸的设计 162
7.2量能器的结构 164
7.2.1晶体排列 164
7.2.2晶体单元结构 165
7.2.3量能器电子学 166
7.2.4量能器的机械结构 166
7.3 量能器的预研 167
7.3.1 CsI（T1）晶体反射材料的研究 167
7.3.2硅光二极管及前置放大器 168
7.3.3晶体探测单元的电子学噪声 169
7.3.4晶体支撑机械结构 170
7.4 量能器晶体单元的制作与测试 171
7.4.1晶体 171
7.4.2硅光二极管检测 173
7.4.3前置放大器检查 174
7.4.4晶体探测单元的制作 175
7.4.5晶体探测单元的宇宙线检查 177
7.5 量能器的组装 179
7.5.1量能器的机械结构制造 179
7.5.2桶部量能器的组装与安装 180
7.5.3端部量能器的组装与安装 183
7.6辅助支撑系统 184
7.6.1 LED-光纤刻度系统 184
7.6.2温度冷却控制 185
7.6.3温湿度监测系统 185
7.6.4辐射剂量监测系统 185
7.7量能器测试与运行结果 190
7.7.1晶体探测单元阵列的试验束联调 190
7.7.2利用EMC时间信息去除束流本底 192
7.7.3运行结果：能量与位置分辨率 192
7.8技术特点与创新点 194
第8章 电磁量能器电子学系统 195
8.1 设计指标 195
8.1.1动态范围 195
8.1.2电子学噪声 195
8.1.3通道之间的串扰 195
8.1.4积分非线性 196
8.2系统设计 196
8.2.1概述 196
8.2.2电磁量能器读出电子学框图 197
8.2.3前置放大器 198
8.2.4主放大器 201
8.2.5电荷测量插件 204
8.2.6测试控制器 206
8.2.7扇出 208
8.2.8电磁量能器监测器 208
8.3研制进展 210
8.4性能指标及测试结果 212
8.4.1电磁量能器电子学性能指标 212
8.4.2实验室条件下384路小系统性能测试 213
8.4.3推入对撞点后6240路读出电子学系统测试 217
8.5技术特点与创新点 218
第9章 μ子鉴别器系统 221
9.1探测器的选择 222
9.1.1阻性板计数器简介 222
9.1.2 RPC与流光管的比较 224
9.2蒙特卡罗模拟 224
9.3探测器设计 226
9.3.1桶部结构 227
9.3.2端盖结构 227
9.3.3 RPC结构 228
9.3.4高压系统 230
9.3.5气体系统 231
9.3.6探测器预期性能 231
9.4 μ子鉴别器的研究开发 232
9.4.1阻性板的研制 232
9.4.2垫片材料的选择 233
9.4.3胶的选择 233
9.4.4胶体石墨的研制 233
9.4.5气体比分的研究 233
9.4.6阈值研究 235
9.4.7阻性板电阻率对探测器性能的影响 235
9.4.8温度对实验结果的影响 237
9.4.9探测器寿命的研究 238
9.5探测器的生产、安装 241
9.5.1 RPC裸室生产和测量 241
9.5.2 RPC模块组装和测量 241
9.5.3探测器安装 242
9.6探测器的性能测试 242
9.7技术特点和创新点 244
第10章 μ子鉴别器电子学系统 246
10.1电子学设计条件和指标 247
10.2 μ子读出电子学系统方案的确定 247
10.2.1核电子学和高能物理读出电子学方案的异同 248
10.2.2 μ子读出电子学系统电路程式 249
10.2.3μ子读出电子学系统方案物理结构的选择 250
10.3 μ子鉴别器读出电子学系统预研 251
10.3.1小系统预研内容 252
10.3.2小系统结构 252
10.3.3小系统传输信号电平选择 253
10.3.4小系统传输时钟选择 253
10.3.5 FEC板设计 254
10.3.6 NIM-USB读出板的设计 267
10.3.7小系统抗干扰措施 268
10.3.8小系统测试 269
10.4 VME插件研制 272
10.4.1 VME机箱控制插件 272
10.4.2扇入扇出插件 273
10.4.3读出插件 273
10.4.4 VME插件的测试 276
10.5其他设备 278
10.6研制进展 278
10.7 μ子鉴别器读出电子学系统技术说明 279
10.7.1数据链的组织 279
10.7.2 FEC输出串行数据格式 282
10.7.3 VME读出插件数据格式 282
10.8技术特点与创新点 282
第11章 超导磁体系统 285
11.1物理要求及磁路设计 286
11.2超导线圈设计及制造 288
11.2.1超导电缆 288
11.2.2超导线圈设计 289
11.2.3超导电缆短样性能测试 291
11.2.4模型线圈绕制 293
11.2.5正样线圈绕制 294
11.3低温恒温器 295
11.3.1低温恒温器设计 295
11.3.2低温恒温器装配 297
11.3.3阀箱和电流引线 297
11.4电源和失超保护 300
11.5真空子系统 302
11.6超导磁体安装 303
11.7超导磁体冷却及励磁 304
11.7.1低温参数及控制 304
11.7.2状态监测和联锁 305
11.7.3冷却及励磁 307
11.8磁场测量 308
11.9技术特点与创新点 310
第12章 对撞区与本底 312
12.1束流管 312
12.1.1束流管的设计要求 312
12.1.2结构设计 313
12.1.3模型及试验 316
12.1.4关键技术的预研 322
12.1.5铍束流管研制 324
12.1.6镀金设备和工艺 329
12.1.7总装焊接 330
12.1.8束流管研制总结 331
12.2束流相关本底研究 332
12.2.1束流相关本底的蒙特卡罗模拟 333
12.2.2本底实验 336
12.3辐射本底剂量率监测系统 337
12.3.1剂量率监测系统设计 337
12.3.2探测器及其性能研究 338
12.3.3数据采集系统 340
12.3.4安装及运行 342
12.4零角度亮度监测器 343
12.4.1单轫致辐射过程 343
12.4.2零角度亮度监测器结构 344
12.4.3零角度亮度监测器的读出电子学 346
12.4.4测试与运行 348
12.5束流能量精确测量系统 349
12.5.1工作原理 349
12.5.2系统设计与建造 351
12.5.3运行控制与数据获取系统 352
第13章 触发判选系统 354
13.1事例率的估算 354
13.2对BES Ⅲ触发判选系统的要求 355
13.3触发判选系统的方案确定与参数优化 356
13.3.1触发方案的模拟优化 356
13.3.2触发判选系统的结构 356
13.4触发系统的研制与建造 371
13.4.1预制研究 371
13.4.2技术攻关 372
13.4.3技术评审与量产验收 372
13.4.4质量管理 373
13.5测试结果、技术特点和创新点 373
13.5.1测试结果 373
13.5.2创新与特点 374
第14章 数据获取系统 376
14.1系统的主要任务 377
14.2系统构成 377
14.3系统配置 379
14.3.1系统配置GUI工具 380
14.3.2在线软件配置 380
14.3.3在线硬件配置 380
14.4读出系统 383
14.4.1 BESⅢ数据读出系统的需求分析 383
14.4.2 BESⅢ数据获取读出系统的关键技术 384
14.4.3基本功能测试结果与分析 385
14.4.4 DAQ读出系统框架 387
14.5在线系统 394
14.5.1进程间通信框架 394
14.5.2进程管理与运行控制 394
14.5.3事例组装 396
14.5.4事例筛选与存储 397
14.6其他支持系统 400
14.6.1非物理取数模式 400
14.6.2在线监测系统 404
14.6.3计算集群系统的管理与监测 411
14.7系统测试 413
14.7.1四机箱读出性能测试 413
14.7.2集群性能测试 414
14.7.3与MDC电子学小系统的联合测试 415
14.7.4综合性能测试 417
14.8质量管理 419
第15章 技术支持系统及工艺总体布局 421
15.1慢控制系统 421
15.1.1慢控制系统的软件设计 421
15.1.2慢控制系统软件的建设 426
15.1.3慢控制计算机现场部署 427
15.1.4慢控制系统软件的验收 431
15.2温湿度监控系统 431
15.2.1温湿度监控系统的构成 431
15.2.2温湿度监控系统的建设 431
15.3气体系统 433
15.3.1质量流配气系统 434
15.3.2缓冲及温控系统 434
15.3.3单元气供给及汇流排 435
15.3.4谱仪可燃气及氧含量监测系统 435
15.3.5气体分流集流系统 435
15.4通用系统 435
15.4.1配电系统 435
15.4.2地线系统 437
15.4.3电子学机柜设备冷却系统 438
15.4.4谱仪大厅空调系统 438
15.5安全联锁系统 439
15.5.1安全联锁系统的目的与要求 439
15.5.2安全联锁系统的设计 440
15.5.3硬件的实现 441
15.5.4软件的实现 441
15.5.5安全联锁系统的运行情况 442
第16章 离线计算机系统 445
16.1离线数据处理对计算机环境的要求 445
16.1.1计算能力 445
16.1.2存储容量 446
16.1.3 I/0速度 447
16.2离线数据处理环境初步设想 447
16.2.1计算子系统设计 447
16.2.2存储子系统设计 450
16.3建设实施进展 452
16.3.1计算环境建设 452
16.3.2存储系统建设 456
16.4测试结果 458
16.4.1功能测试 459
16.4.2性能测试 460
16.5技术特点与创新点 462
第17章 离线数据处理和分析系统 464
17.1离线数据处理和物理分析过程 464
17.2软件平台 465
17.2.1平台特点 465
17.2.2整体结构 466
17.2.3流程控制 467
17.2.4软件配置管理 468
17.3物理产生子 468
17.3.1产生子框架 469
17.3.2产生子 469
17.4探测器模拟 471
17.4.1探测器模拟的框架 471
17.4.2漂移室的模拟 473
17.4.3飞行时间计数器的模拟 476
17.4.4电磁量能器的模拟 478
17.4.5 μ子鉴别器的模拟 480
17.4.6触发判选的模拟 481
17.5探测器的离线刻度 482
17.5.1离线刻度框架 482
17.5.2漂移室离线刻度 482
17.5.3能量分辨率刻度 483
17.5.4TOF刻度 484
17.5.5晶体量能器的能量与位置刻度 485
17.5.6 μ子探测器刻度 487
17.6离线事例重建系统 488
17.6.1离线事例重建系统概述 488
17.6.2事例起始时间重建 489
17.6.3漂移室径迹重建 492
17.6.4漂移室径迹拟合 496
17.6.5 d E/d x重建 498
17.6.6TOF重建 499
17.6.7量能器的能量与位置重建 500
17.6.8 μ子鉴别器的重建 501
17.6.9径迹外推和匹配 502
17.6.10事例顶点重建 503
17.7物理分析工具 504
17.7.1粒子鉴别软件及其框架结构 505
17.7.2粒子鉴别软件的性能 507
17.7.3运动学拟合软件 508
17.8数据处理和管理 509
17.8.1实验数据管理系统的软件架构 509
17.8.2实验数据管理系统的模块功能 510
17.8.3实验数据管理系统的测试和应用 511
第18章 安装调试与运行 514
18.1安装与调试 514
18.2运行 517
18.3工程管理 518
18.3.1工程建设管理体系 518
18.3.2技术方案与接口 519
18.3.3经费预算 519
18.3.4进度管理 520
18.3.5合同与采购 520
18.3.6质量管理 521
18.4结束语 522
附录Ⅰ 523
附录Ⅱ 524
附录Ⅲ 526
附录Ⅳ 527
附录Ⅴ 528
索引 532