气体探测器发展PPT学习教案.pptx

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1、会计学1气体气体(qt)探测器发展探测器发展第一页，共42页。2 2二、二、二、二、PEP-4PEP-4的高压的高压的高压的高压(goy)TPC(goy)TPCn n圆柱半径圆柱半径圆柱半径圆柱半径1m1m，长，长，长，长2m2m。n n圆柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压 （-150kV-150kV）的电极将圆柱）的电极将圆柱）的电极将圆柱）的电极将圆柱分为左右分为左右分为左右分为左右(zu(zu yu)yu)对称的对称的对称的对称的两半。两半。两半。两半。n n圆柱的两端面是栅丝平面、圆柱的两端面是栅丝平面、圆柱的两端面是栅丝平面、圆柱的两端面是

2、栅丝平面、阳极丝平面（包括灵敏丝阳极丝平面（包括灵敏丝阳极丝平面（包括灵敏丝阳极丝平面（包括灵敏丝和场丝）和阴极感应平面。和场丝）和阴极感应平面。和场丝）和阴极感应平面。和场丝）和阴极感应平面。n n磁场磁场磁场磁场B=1.5TB=1.5T，与电场平行，与电场平行，与电场平行，与电场平行，测动量，减小漂移电子的测动量，减小漂移电子的测动量，减小漂移电子的测动量，减小漂移电子的横向扩散。横向扩散。横向扩散。横向扩散。每个端面分6个扇区，每个扇区有183根灵敏丝，彼此平行且与半径方向垂直(chuzh)，丝距4mm。其中15根丝彼此距离相等，下面有的感应片。灵敏丝直径为20m，栅丝和场丝76 m第1

3、页/共42页第二页，共42页。3 3n nArAr（80%80%）+CH4+CH4（20%20%）。）。）。）。n nPEP-4PEP-4的的的的TPCTPC侧重于粒子鉴别侧重于粒子鉴别侧重于粒子鉴别侧重于粒子鉴别(jinbi)(jinbi)，故充以高气压（，故充以高气压（，故充以高气压（，故充以高气压（8.58.5个大个大个大个大气压），有利于气压），有利于气压），有利于气压），有利于dE/dXdE/dX的测量。的测量。的测量。的测量。dE/dX dE/dX 的能量分辨的能量分辨的能量分辨的能量分辨 3%3%n n空间分辨空间分辨空间分辨空间分辨其中，其中，L 为漂移距离，为漂移距离，LM=

4、1m 为最大漂移距离；为最大漂移距离；为带电粒子径迹与灵敏丝平面垂直方向的夹角；为带电粒子径迹与灵敏丝平面垂直方向的夹角；为电子的俘获率；为电子的俘获率；A 为电子学等效应引起的本征空间分辨率；为电子学等效应引起的本征空间分辨率；B、C 分别为分别为L、函数项的系数函数项的系数(xsh)当当L=0，=0 时，时，xy=160m 最小值最小值Z向空间分辨为向空间分辨为 z=340m 第2页/共42页第三页，共42页。4 4n n1 1个大气压个大气压个大气压个大气压 Ar Ar（80%80%）+CH4CH4（20%20%）。）。）。）。n n圆柱长圆柱长圆柱长圆柱长2.66m2.66m。n n圆

5、柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压 （-20kV20kV）的电极将圆柱分为左右）的电极将圆柱分为左右）的电极将圆柱分为左右）的电极将圆柱分为左右对称对称对称对称(duchn)(duchn)的两半。的两半。的两半。的两半。n n与电场平行磁场与电场平行磁场与电场平行磁场与电场平行磁场B=1.2TB=1.2Tn n每个端面分每个端面分每个端面分每个端面分6 6个扇区，每个扇个扇区，每个扇个扇区，每个扇个扇区，每个扇区有区有区有区有192192根灵敏丝，根灵敏丝，根灵敏丝，根灵敏丝，n n阴极板有阴极板有阴极板有阴极板有1616圈感应片，每圈相圈感应片，每

6、圈相圈感应片，每圈相圈感应片，每圈相距距距距4.5cm4.5cm。每片面积为。每片面积为。每片面积为。每片面积为52.5mm2 52.5mm2，每圈的片数从，每圈的片数从，每圈的片数从，每圈的片数从1616到到到到144144片不等，片不等，片不等，片不等，但为但为但为但为1616的倍数。宽度不同的倍数。宽度不同的倍数。宽度不同的倍数。宽度不同三、三、三、三、DELPHIDELPHI的常压的常压的常压的常压TPCTPC第3页/共42页第四页，共42页。5 5nL=4.2m,D=4mn内外扇区阴极内外扇区阴极(ynj)片尺寸不一样片尺寸不一样n 四、四、四、四、STARSTAR上的上的上的上的T

7、PCTPC第4页/共42页第五页，共42页。6 660 cm190 cmOuter sectorOuter sector6.2 6.2 19.5 mm pads19.5 mm pads3940 pads3940 padsInner sectorInner sector2.85 2.85 11.5 mm pads11.5 mm pads1750 pads1750 padsn n24 sectors 24 sectors(12 on a side)(12 on a side)n nLarge pads Large pads good dE/dx good dE/dx resolution in t

8、he resolution in the Outer sectorOuter sectorn nSmall pads for Small pads for good two track good two track resolution in the resolution in the inner sectorinner sector70 Millions readout Channels70 Millions readout ChannelsOuter and Inner Sectors of the Pad PlaneOuter and Inner Sectors of the Pad P

9、lane第5页/共42页第六页，共42页。7 74mmanodegated gridV=150V0 Vn 增加“门”丝以减小高计数率下的空间电荷效应，加快(ji kui)正离子收集n 由与在TPC中心发生对撞时间有关的外加脉冲触发第6页/共42页第七页，共42页。8 8n n用于重离子固定靶实验。用于重离子固定靶实验。用于重离子固定靶实验。用于重离子固定靶实验。n n 规模较小；由于重离子碰撞中产生的很高的粒子径规模较小；由于重离子碰撞中产生的很高的粒子径规模较小；由于重离子碰撞中产生的很高的粒子径规模较小；由于重离子碰撞中产生的很高的粒子径迹密度，因此侧重点在双径迹分辨迹密度，因此侧重点在双

10、径迹分辨迹密度，因此侧重点在双径迹分辨迹密度，因此侧重点在双径迹分辨(fnbin)(fnbin)及次级顶及次级顶及次级顶及次级顶点的重建。点的重建。点的重建。点的重建。n n密布的短丝（密布的短丝（密布的短丝（密布的短丝（NA36NA36，BNL810BNL810，无感应条读出），无感应条读出），无感应条读出），无感应条读出）n n将阴极感应条平面分成大量的感应片（将阴极感应条平面分成大量的感应片（将阴极感应条平面分成大量的感应片（将阴极感应条平面分成大量的感应片（NA35NA35，HISSHISS，无信号丝读出）无信号丝读出）无信号丝读出）无信号丝读出）n n e+e-e+e-对撞机的实验中

11、的对撞机的实验中的对撞机的实验中的对撞机的实验中的TPCTPC有好的动量分辨有好的动量分辨有好的动量分辨有好的动量分辨(fnbin)(fnbin)及粒子鉴别，双径迹分辨及粒子鉴别，双径迹分辨及粒子鉴别，双径迹分辨及粒子鉴别，双径迹分辨(fnbin)(fnbin)较差；较差；较差；较差；n n 重离子实验中的重离子实验中的重离子实验中的重离子实验中的TPCTPC有好的双径迹分辨有好的双径迹分辨有好的双径迹分辨有好的双径迹分辨(fnbin)(fnbin)，一般也有好的动量分辨一般也有好的动量分辨一般也有好的动量分辨一般也有好的动量分辨(fnbin)(fnbin)，但粒子鉴别能力较，但粒子鉴别能力较

12、，但粒子鉴别能力较，但粒子鉴别能力较差差差差五、其它五、其它五、其它五、其它(qt)(qt)气体气体气体气体TPCTPC第7页/共42页第八页，共42页。9 9n n用液体代替气体作为带电粒子的探测介质有许多优点。用液体代替气体作为带电粒子的探测介质有许多优点。用液体代替气体作为带电粒子的探测介质有许多优点。用液体代替气体作为带电粒子的探测介质有许多优点。气泡室、液氩电磁量能器气泡室、液氩电磁量能器气泡室、液氩电磁量能器气泡室、液氩电磁量能器n n液体液体液体液体TPCTPC具有具有具有具有(jy(jy u)u)良好的能量与空间分辨，像气泡室一样，能给出电良好的能量与空间分辨，像气泡室一样，能

13、给出电良好的能量与空间分辨，像气泡室一样，能给出电良好的能量与空间分辨，像气泡室一样，能给出电离径迹的三维成像。特别适合高精度、大质量的应用与寻找稀有事例的离径迹的三维成像。特别适合高精度、大质量的应用与寻找稀有事例的离径迹的三维成像。特别适合高精度、大质量的应用与寻找稀有事例的离径迹的三维成像。特别适合高精度、大质量的应用与寻找稀有事例的实验中，例如太阳中微子、质子衰变及双实验中，例如太阳中微子、质子衰变及双实验中，例如太阳中微子、质子衰变及双实验中，例如太阳中微子、质子衰变及双衰变等。衰变等。衰变等。衰变等。n n常用液氩常用液氩常用液氩常用液氩(LAr)(LAr)六、液体六、液体六、液体

14、六、液体(yt(yt)TPC)TPC第8页/共42页第九页，共42页。1010n n屏蔽栅屏蔽栅屏蔽栅屏蔽栅(Y)(Y)n n感应平面感应平面感应平面感应平面(pngmin)(Y)(pngmin)(Y)由灵由灵由灵由灵敏丝（敏丝（敏丝（敏丝（2 2根一组，相距根一组，相距根一组，相距根一组，相距0.6mm0.6mm）、屏蔽丝构）、屏蔽丝构）、屏蔽丝构）、屏蔽丝构成成成成n n收集平面收集平面收集平面收集平面(pngmin)(X)(pngmin)(X)给出给出给出给出另一维坐标另一维坐标另一维坐标另一维坐标n n屏蔽栅的存在，使得屏蔽栅的存在，使得屏蔽栅的存在，使得屏蔽栅的存在，使得在漂移电子未

15、穿过栅在漂移电子未穿过栅在漂移电子未穿过栅在漂移电子未穿过栅丝之前，不会在灵敏丝之前，不会在灵敏丝之前，不会在灵敏丝之前，不会在灵敏丝上产生感应信号。丝上产生感应信号。丝上产生感应信号。丝上产生感应信号。屏蔽栅平面屏蔽栅平面(pngmin)对漂移电子对漂移电子100%透明的条件透明的条件 E2/E11.4 E3/E13电场线将在感应平面电场线将在感应平面(pngmin)的灵敏丝之间通过而的灵敏丝之间通过而到达收集平面到达收集平面(pngmin)的灵敏丝的灵敏丝第9页/共42页第十页，共42页。1111n n三维成像三维成像三维成像三维成像每个事例每个事例每个事例每个事例2 2个二维平面成像：个

16、二维平面成像：个二维平面成像：个二维平面成像：漂移漂移漂移漂移(pio y)(pio y)时间时间时间时间-感应丝、漂移感应丝、漂移感应丝、漂移感应丝、漂移(pio y)(pio y)时间时间时间时间-收集丝收集丝收集丝收集丝n n被取样采集的电荷值表示为像素的黑度，越黑表示电荷值越高被取样采集的电荷值表示为像素的黑度，越黑表示电荷值越高被取样采集的电荷值表示为像素的黑度，越黑表示电荷值越高被取样采集的电荷值表示为像素的黑度，越黑表示电荷值越高第10页/共42页第十一页，共42页。1212宇宙线引起的簇射在收集面的成像宇宙线引起的簇射在收集面的成像包含电磁包含电磁(dinc)簇射和强子簇射簇射

17、和强子簇射小黑点由小黑点由1MeV的的光子形成光子形成第11页/共42页第十二页，共42页。1313气体气体(qt)探测器的新发展探测器的新发展第12页/共42页第十三页，共42页。1414多漂移单元多漂移单元(dnyun)模块模块MDM 顶点探测器位于最内部顶点探测器位于最内部(nib)(nib)，维修难。不仅要求定位精度高和计数率限，维修难。不仅要求定位精度高和计数率限高，还要求高可靠性、抗辐射性能强。高，还要求高可靠性、抗辐射性能强。MDM(Multidrift Module)MDM(Multidrift Module)一、结构一、结构 单元：半径单元：半径 1.5mm 1.5mm 1+

18、6 1+6；31 31mm的不锈钢丝性能最好的不锈钢丝性能最好 模块：模块：7070个单元包在个单元包在30mm30mm的六角形碳纤维管内的六角形碳纤维管内(un ni)(un ni)。管子作为机械支撑、气体密封。管子作为机械支撑、气体密封。每根径迹每根径迹3030次取样次取样第13页/共42页第十四页，共42页。1515二、性能二、性能M=106空间空间(kngjin)分辨率：分辨率：65m双径迹分辨双径迹分辨 500-1000 m纵向（沿丝）分辨率纵向（沿丝）分辨率 0.9%丝长丝长计数率限计数率限 106m2s1 抗辐照性能好：抗辐照性能好：0.5-1.0 A/cm，比通常的，比通常的M

19、WPC好好20倍倍单元死时间单元死时间30-40ns第14页/共42页第十五页，共42页。1616一、结构一、结构由由4-6mm4-6mm的圆柱形连续阴极的圆柱形连续阴极面代替几根阴极丝限定的面代替几根阴极丝限定的小单元。小单元。阴极是铝化的阴极是铝化的MylarMylar或或LexanLexan膜，膜，厚度厚度3030mm，并不引进更，并不引进更多的散射和吸收多的散射和吸收(xshu)(xshu)当丝断裂时可以起到很好的当丝断裂时可以起到很好的隔离作用，也可较好地消隔离作用，也可较好地消除噪声除噪声长度可达几米，需中间加支长度可达几米，需中间加支撑。撑。稻草稻草(doco)管室管室STCST

20、C(Straw Tube Chamber)STC(Straw Tube Chamber)第15页/共42页第十六页，共42页。1717二、性能二、性能空间分辨率：空间分辨率：100m双径迹分辨：双径迹分辨：4mm，由管径，由管径决定决定单元死时间：单元死时间：40ns机械性能好，不怕断丝机械性能好，不怕断丝进一步减小管子的直径、增加进一步减小管子的直径、增加长度长度(chngd)是对制作工艺是对制作工艺的挑战。的挑战。第16页/共42页第十七页，共42页。1818n nMWPCMWPC和漂移和漂移和漂移和漂移(pio y)(pio y)室是具有代表性的气体探测器。不室是具有代表性的气体探测器。

21、不室是具有代表性的气体探测器。不室是具有代表性的气体探测器。不仅在粒子物理实验中得到广泛的应用，且在仅在粒子物理实验中得到广泛的应用，且在仅在粒子物理实验中得到广泛的应用，且在仅在粒子物理实验中得到广泛的应用，且在X X射线晶体学、射线晶体学、射线晶体学、射线晶体学、生物医学和天体物理等领域发挥重要作用。生物医学和天体物理等领域发挥重要作用。生物医学和天体物理等领域发挥重要作用。生物医学和天体物理等领域发挥重要作用。n nMWPCMWPC的局限性：的局限性：的局限性：的局限性：n n垂直阳极丝方向，空间分辨率有丝距（垂直阳极丝方向，空间分辨率有丝距（垂直阳极丝方向，空间分辨率有丝距（垂直阳极丝

22、方向，空间分辨率有丝距（2mm2mm）决定。）决定。）决定。）决定。n n由于正离子收集时间长，计数率受到限制。由于正离子收集时间长，计数率受到限制。由于正离子收集时间长，计数率受到限制。由于正离子收集时间长，计数率受到限制。n n 解决方法：解决方法：解决方法：解决方法：n n减小丝距减小丝距减小丝距减小丝距:改进空间分辨率，减小每根丝承受的粒子通量。改进空间分辨率，减小每根丝承受的粒子通量。改进空间分辨率，减小每根丝承受的粒子通量。改进空间分辨率，减小每根丝承受的粒子通量。n n减小阳极和阴极间的气隙：缩短离子收集时间，减小空间减小阳极和阴极间的气隙：缩短离子收集时间，减小空间减小阳极和阴

23、极间的气隙：缩短离子收集时间，减小空间减小阳极和阴极间的气隙：缩短离子收集时间，减小空间电荷效应电荷效应电荷效应电荷效应n n但这两种方法都会减小输出幅度（但这两种方法都会减小输出幅度（但这两种方法都会减小输出幅度（但这两种方法都会减小输出幅度（MM、电离数），机械加、电离数），机械加、电离数），机械加、电离数），机械加工精度的限制（工精度的限制（工精度的限制（工精度的限制（S1mm,L2mmS1mm,L2mm）时，丝室工作不稳定）时，丝室工作不稳定）时，丝室工作不稳定）时，丝室工作不稳定n n漂移漂移漂移漂移(pio y)(pio y)室以其大单元、高分辨及结构和制作相对简室以其大单元、高分

24、辨及结构和制作相对简室以其大单元、高分辨及结构和制作相对简室以其大单元、高分辨及结构和制作相对简单得到更广泛的应用。单得到更广泛的应用。单得到更广泛的应用。单得到更广泛的应用。n n但不能工作在高计数率下，多径迹分辨差但不能工作在高计数率下，多径迹分辨差但不能工作在高计数率下，多径迹分辨差但不能工作在高计数率下，多径迹分辨差第17页/共42页第十八页，共42页。1919n n近年来，各种高强度，高能量的加速器的建造近年来，各种高强度，高能量的加速器的建造近年来，各种高强度，高能量的加速器的建造近年来，各种高强度，高能量的加速器的建造(jinzo)(jinzo)给探给探给探给探测器也提出了新的更

25、高的要求。测器也提出了新的更高的要求。测器也提出了新的更高的要求。测器也提出了新的更高的要求。n n极快的时间响应。强子对撞机极快的时间响应。强子对撞机极快的时间响应。强子对撞机极快的时间响应。强子对撞机LHCLHC的对撞间隔是的对撞间隔是的对撞间隔是的对撞间隔是25ns,25ns,HERA-BHERA-B的时间间隔是的时间间隔是的时间间隔是的时间间隔是96ns96ns，所以，探测器的时间响应不能，所以，探测器的时间响应不能，所以，探测器的时间响应不能，所以，探测器的时间响应不能大于大于大于大于100ns100ns。n n高精度，在高计数的前提下要有高精度，在高计数的前提下要有高精度，在高计数

26、的前提下要有高精度，在高计数的前提下要有5050m m 的带电粒子的径迹的带电粒子的径迹的带电粒子的径迹的带电粒子的径迹分辨。分辨。分辨。分辨。n n因为所测量的粒子是最小电离粒子，探测器还必须有高增益因为所测量的粒子是最小电离粒子，探测器还必须有高增益因为所测量的粒子是最小电离粒子，探测器还必须有高增益因为所测量的粒子是最小电离粒子，探测器还必须有高增益才能有较高的探测效率。才能有较高的探测效率。才能有较高的探测效率。才能有较高的探测效率。n n近期出现的几种新型气体位置灵敏探测器。从技术上讲，这近期出现的几种新型气体位置灵敏探测器。从技术上讲，这近期出现的几种新型气体位置灵敏探测器。从技术

27、上讲，这近期出现的几种新型气体位置灵敏探测器。从技术上讲，这些新的探测器大都建立在现代先进的微电子技术、光刻技术、些新的探测器大都建立在现代先进的微电子技术、光刻技术、些新的探测器大都建立在现代先进的微电子技术、光刻技术、些新的探测器大都建立在现代先进的微电子技术、光刻技术、多层板技术的基础之上。多层板技术的基础之上。多层板技术的基础之上。多层板技术的基础之上。n n各种类型的无丝位置灵敏探测器的发展，使气体探测器的技各种类型的无丝位置灵敏探测器的发展，使气体探测器的技各种类型的无丝位置灵敏探测器的发展，使气体探测器的技各种类型的无丝位置灵敏探测器的发展，使气体探测器的技术进入一个崭新蓬勃发展

28、的新时期。术进入一个崭新蓬勃发展的新时期。术进入一个崭新蓬勃发展的新时期。术进入一个崭新蓬勃发展的新时期。第18页/共42页第十九页，共42页。2020微条气体微条气体(qt)室室MSGCMSGC(MicroStrip Gas Chamber)MSGC(MicroStrip Gas Chamber)一、结构和工作原理一、结构和工作原理 在绝缘或半绝缘基质板在绝缘或半绝缘基质板上通过蚀刻上通过蚀刻(shk)(shk)而成而成的两组细金属条的两组细金属条:阳极条（阳极条（5-105-10mm），电），电场条（场条（50-100 50-100 mm）产生雪崩倍增的阳极和产生雪崩倍增的阳极和阴极之间的

29、距离大大缩阴极之间的距离大大缩短短第19页/共42页第二十页，共42页。2121二、性能二、性能 空间分辨空间分辨:30 m，双径迹分辨，双径迹分辨400 m。能量分辨能量分辨 11%（55Fe）时间响应时间响应 上升时间上升时间 35ns,下降时间也只有下降时间也只有60ns 高计数率限高计数率限 106mm2s1 由于由于MSGC好的能量、位置好的能量、位置(wi zhi)分辨，快分辨，快的时间响应和快的计数率能力，而得到人们广的时间响应和快的计数率能力，而得到人们广泛的关注。泛的关注。CMS采用其作为内层的径迹探测器。采用其作为内层的径迹探测器。M103 放大倍数稳定性不好放大倍数稳定性

30、不好主要原因是在垫板上的电荷堆积和放电问题。主要原因是在垫板上的电荷堆积和放电问题。在气体，电极的材料，垫板的材料和表面处理在气体，电极的材料，垫板的材料和表面处理等方面找到了比较好的解决方案。等方面找到了比较好的解决方案。电极易老化，影响寿命电极易老化，影响寿命第20页/共42页第二十一页，共42页。2222气体气体(qt)电子倍增器电子倍增器GEMGEM(Gas Electron Multiplier)GEM(Gas Electron Multiplier)一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理 GEM GEM是用很薄的两面都是附有极薄的铜箔的有机聚合薄箔

31、制成；在有机聚合薄箔上用光刻技术打有高密度的小孔是用很薄的两面都是附有极薄的铜箔的有机聚合薄箔制成；在有机聚合薄箔上用光刻技术打有高密度的小孔是用很薄的两面都是附有极薄的铜箔的有机聚合薄箔制成；在有机聚合薄箔上用光刻技术打有高密度的小孔是用很薄的两面都是附有极薄的铜箔的有机聚合薄箔制成；在有机聚合薄箔上用光刻技术打有高密度的小孔 电子由上面转换区飘进小孔，放大后，继续飘进过渡区到达下面的电极进行电子由上面转换区飘进小孔，放大后，继续飘进过渡区到达下面的电极进行电子由上面转换区飘进小孔，放大后，继续飘进过渡区到达下面的电极进行电子由上面转换区飘进小孔，放大后，继续飘进过渡区到达下面的电极进行(j

32、nxng)(jnxng)收集收集收集收集第21页/共42页第二十二页，共42页。2323二、性能二、性能二、性能二、性能 空间分辨空间分辨空间分辨空间分辨(fnbin):40(fnbin):40 mm 时间响应时间响应时间响应时间响应信号纯粹由电子产生，信号纯粹由电子产生，信号纯粹由电子产生，信号纯粹由电子产生，无离子尾巴，速度很无离子尾巴，速度很无离子尾巴，速度很无离子尾巴，速度很快快快快GEMGEM的放大倍数与孔的的放大倍数与孔的的放大倍数与孔的的放大倍数与孔的大小，膜的厚度有关，大小，膜的厚度有关，大小，膜的厚度有关，大小，膜的厚度有关，当然是电压的函数。当然是电压的函数。当然是电压的函

33、数。当然是电压的函数。当选取优化的参数在当选取优化的参数在当选取优化的参数在当选取优化的参数在Ar-CO2(70:30)Ar-CO2(70:30)的气体的气体的气体的气体中，放大倍数可达中，放大倍数可达中，放大倍数可达中，放大倍数可达104104 几个倍增结构级联使用几个倍增结构级联使用几个倍增结构级联使用几个倍增结构级联使用 必须对每个必须对每个必须对每个必须对每个GEMGEM上上上上的电压，漂移极的电的电压，漂移极的电的电压，漂移极的电的电压，漂移极的电压，工作气体等各种压，工作气体等各种压，工作气体等各种压，工作气体等各种因素进行优化。因素进行优化。因素进行优化。因素进行优化。GEM+M

34、SGC两级两级GEM第22页/共42页第二十三页，共42页。2424三、应用三、应用粒子物理实验粒子物理实验(shyn)COMPASS双双GEMX成像，医疗成像，医疗诊断诊断第23页/共42页第二十四页，共42页。2525微网平面微网平面(pngmin)气体探气体探测器测器MicromegasMicromegas(Micro Mesh Gaseous Structure)一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理用很薄很细的金属网代替阴极丝平面，用刻有微条的板作为阳极平面，两平面之间的间隔小于用很薄很细的金属网代替阴极丝平面，用刻有微条的板作为阳极平面，两平面之间

35、的间隔小于用很薄很细的金属网代替阴极丝平面，用刻有微条的板作为阳极平面，两平面之间的间隔小于用很薄很细的金属网代替阴极丝平面，用刻有微条的板作为阳极平面，两平面之间的间隔小于100100mm。这一小间隙。这一小间隙。这一小间隙。这一小间隙(jin x)(jin x)可以用耐压好的石英丝或尼龙丝做垫片来保证。可以用耐压好的石英丝或尼龙丝做垫片来保证。可以用耐压好的石英丝或尼龙丝做垫片来保证。可以用耐压好的石英丝或尼龙丝做垫片来保证。第24页/共42页第二十五页，共42页。2626二、性能二、性能 空间分辨空间分辨:60 m 时间响应时间响应与放大间隙有关，当雪崩间隙与放大间隙有关，当雪崩间隙由由

36、100m下降到下降到50m时，信时，信号的上升时间会减少号的上升时间会减少2倍，当间倍，当间隙为隙为50m时，时，30ns的时间可以的时间可以(ky)收集到整个信号收集到整个信号 高计数率限高计数率限 109mm2s1，基，基本无饱和现象本无饱和现象 M3x105 （Ar+C2H6+CF4）在探测器的均匀性，工作稳定性在探测器的均匀性，工作稳定性和长时间的可靠的实验中，均和长时间的可靠的实验中，均没有发现异常问题。没有发现异常问题。微网平面气体探测器微网平面气体探测器（Micromegas）不仅可以）不仅可以(ky)做高能物理实验的径迹做高能物理实验的径迹探测器，还有可能做顶点探测探测器，还有

37、可能做顶点探测器，同时可以器，同时可以(ky)应用在其应用在其它高计数率的领域。它高计数率的领域。第25页/共42页第二十六页，共42页。2727微隙室微隙室MGCMGC(Micro Gap Chamber)MGC(Micro Gap Chamber)一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理(yunl)(yunl)Al Al膜（阴极）膜（阴极）膜（阴极）膜（阴极）+绝缘条绝缘条绝缘条绝缘条 +Al +Al膜（阳极）膜（阳极）膜（阳极）膜（阳极）绝缘条的厚度（绝缘条的厚度（绝缘条的厚度（绝缘条的厚度（2 2mm）决定了阳极阴极间的距离，也决定了电场。气体的放大与阳

38、极的间隙无关）决定了阳极阴极间的距离，也决定了电场。气体的放大与阳极的间隙无关）决定了阳极阴极间的距离，也决定了电场。气体的放大与阳极的间隙无关）决定了阳极阴极间的距离，也决定了电场。气体的放大与阳极的间隙无关二、性能二、性能二、性能二、性能 收集正离子的速度仅为收集正离子的速度仅为收集正离子的速度仅为收集正离子的速度仅为10ns10ns，这个速度几乎与固体探测器一样，这个速度几乎与固体探测器一样，这个速度几乎与固体探测器一样，这个速度几乎与固体探测器一样 高计数率限高计数率限高计数率限高计数率限 5x106mm 5x106mm2s2s1 1 增益比增益比增益比增益比MSGCMSGC高一个量级

39、高一个量级高一个量级高一个量级 二维读出好，阴阳极几乎一样二维读出好，阴阳极几乎一样二维读出好，阴阳极几乎一样二维读出好，阴阳极几乎一样第26页/共42页第二十七页，共42页。2828微槽气体微槽气体(qt)探测器探测器MGD一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理一、结构和工作原理 基于基于基于基于(jy)PCB(jy)PCB制作技术在两面都有镀金铜箔的制作技术在两面都有镀金铜箔的制作技术在两面都有镀金铜箔的制作技术在两面都有镀金铜箔的KaptonKapton膜刻上微槽而制成。上、下两层的金属微条分别是微槽的阴阳两极，其气体放大是在膜刻上微槽而制成。上、下两层的金属微条分别是微

40、槽的阴阳两极，其气体放大是在膜刻上微槽而制成。上、下两层的金属微条分别是微槽的阴阳两极，其气体放大是在膜刻上微槽而制成。上、下两层的金属微条分别是微槽的阴阳两极，其气体放大是在KaptonKapton膜的微槽内。膜的微槽内。膜的微槽内。膜的微槽内。微槽厚微槽厚微槽厚微槽厚5050mm，镀金铜箔厚，镀金铜箔厚，镀金铜箔厚，镀金铜箔厚5 5 mm，阳极宽，阳极宽，阳极宽，阳极宽30-40 30-40 mm。第27页/共42页第二十八页，共42页。2929二、性能二、性能二、性能二、性能阳极，阴极同时得到大小几乎一样的信号，只是极性不一样，有利于二阳极，阴极同时得到大小几乎一样的信号，只是极性不一样

41、，有利于二阳极，阴极同时得到大小几乎一样的信号，只是极性不一样，有利于二阳极，阴极同时得到大小几乎一样的信号，只是极性不一样，有利于二维读出维读出维读出维读出M=1.5104 M=1.5104，增益的均匀性受，增益的均匀性受，增益的均匀性受，增益的均匀性受kaptonkapton膜的厚度均匀性的影响。沿着槽方膜的厚度均匀性的影响。沿着槽方膜的厚度均匀性的影响。沿着槽方膜的厚度均匀性的影响。沿着槽方向的在向的在向的在向的在5 5以内，而垂直于槽的方向为以内，而垂直于槽的方向为以内，而垂直于槽的方向为以内，而垂直于槽的方向为1010左右。左右。左右。左右。短期稳定性：在高增益的情况下，当计数率较高

42、时，开始工作的几短期稳定性：在高增益的情况下，当计数率较高时，开始工作的几短期稳定性：在高增益的情况下，当计数率较高时，开始工作的几短期稳定性：在高增益的情况下，当计数率较高时，开始工作的几十秒内会出现气体增益的下降，而且下降较快，在以后时间里则下十秒内会出现气体增益的下降，而且下降较快，在以后时间里则下十秒内会出现气体增益的下降，而且下降较快，在以后时间里则下十秒内会出现气体增益的下降，而且下降较快，在以后时间里则下降缓慢。与降缓慢。与降缓慢。与降缓慢。与MSGCMSGC相类似，由于电荷堆积等效应而导致电场发生变相类似，由于电荷堆积等效应而导致电场发生变相类似，由于电荷堆积等效应而导致电场发

43、生变相类似，由于电荷堆积等效应而导致电场发生变化。化。化。化。MGDMGD恢复快。恢复快。恢复快。恢复快。高计数率限：高计数率限：高计数率限：高计数率限：106mm-2s-1106mm-2s-1能量分辨能量分辨能量分辨能量分辨 22%22%由于漂移电场会影响电荷的收集由于漂移电场会影响电荷的收集由于漂移电场会影响电荷的收集由于漂移电场会影响电荷的收集 ，所以也会影响能量分辨。，所以也会影响能量分辨。，所以也会影响能量分辨。，所以也会影响能量分辨。最快的信号是最快的信号是最快的信号是最快的信号是MGCMGC，其次是，其次是，其次是，其次是MSGCMSGC，而最慢的是，而最慢的是，而最慢的是，而最

44、慢的是MGDMGD的信号。的信号。的信号。的信号。长期稳定性好长期稳定性好长期稳定性好长期稳定性好MGDMGD可以看成是一种改进型的微间隙探测器可以看成是一种改进型的微间隙探测器可以看成是一种改进型的微间隙探测器可以看成是一种改进型的微间隙探测器MGCMGC。两电极的间隙增加到两电极的间隙增加到两电极的间隙增加到两电极的间隙增加到50 50 mm，从而导致有较大的气体放大倍数，从而导致有较大的气体放大倍数，从而导致有较大的气体放大倍数，从而导致有较大的气体放大倍数 。阳极的尺寸也增大了不少，电极的横截面增大约阳极的尺寸也增大了不少，电极的横截面增大约阳极的尺寸也增大了不少，电极的横截面增大约阳

45、极的尺寸也增大了不少，电极的横截面增大约5050倍，从而使探测器坚倍，从而使探测器坚倍，从而使探测器坚倍，从而使探测器坚固，耐用。固，耐用。固，耐用。固，耐用。MGDMGD探测器除时间响应稍差之外，保持了像探测器除时间响应稍差之外，保持了像探测器除时间响应稍差之外，保持了像探测器除时间响应稍差之外，保持了像MSGCMSGC或或或或MGCMGC的优点的优点的优点的优点(yudi(yudi n):n):单一的气隙，单极的放大，简单的结构，简单的电压供单一的气隙，单极的放大，简单的结构，简单的电压供单一的气隙，单极的放大，简单的结构，简单的电压供单一的气隙，单极的放大，简单的结构，简单的电压供给，高

46、的收集效率等，而且还有自己独特的优势，例如很好的二维给，高的收集效率等，而且还有自己独特的优势，例如很好的二维给，高的收集效率等，而且还有自己独特的优势，例如很好的二维给，高的收集效率等，而且还有自己独特的优势，例如很好的二维读出，较大的规模，牢靠，坚固，工艺较简单（不需专门的微电子读出，较大的规模，牢靠，坚固，工艺较简单（不需专门的微电子读出，较大的规模，牢靠，坚固，工艺较简单（不需专门的微电子读出，较大的规模，牢靠，坚固，工艺较简单（不需专门的微电子技术）等。技术）等。技术）等。技术）等。第28页/共42页第二十九页，共42页。3030大面积气体大面积气体(qt)室室 随着高能粒子物理实验

47、的发展，粒子的能动量越来越大，对带电粒子动量测量(cling)的分辨率要求也越来越高。除了提高磁场强度外，需要粒子的测量(cling)长度也越长，探测器的体积越来越庞大。外层的探测器面积达到104m2，这就需要建造既廉价又可靠的大面积探测器。第29页/共42页第三十页，共42页。3131蜂巢蜂巢(fngcho)室室 HSCHSC(Honeycomb Strip Chamber)HSC(Honeycomb Strip Chamber)一、结构一、结构 室体由聚碳酸酯箔组成。在箔上蚀刻得到铜条，两张折叠室体由聚碳酸酯箔组成。在箔上蚀刻得到铜条，两张折叠(zhdi)(zhdi)的条带状箔可形成六角形

48、的的条带状箔可形成六角形的“蜂巢蜂巢”状单元。这些单元叠在一起就形成坚挺的蜂巢室。状单元。这些单元叠在一起就形成坚挺的蜂巢室。单元中央有一根阳极丝，与阴极条垂直。单元中央有一根阳极丝，与阴极条垂直。二、性能二、性能 较高的空间定位精度较高的空间定位精度 沿丝方向沿丝方向65m（3根阴极条感应信根阴极条感应信号）号）垂直丝方向垂直丝方向150-200 m（漂移时（漂移时间间(shjin)）造价比漂移室便宜造价比漂移室便宜第30页/共42页第三十一页，共42页。3232n n阴极条读出的阴极条读出的阴极条读出的阴极条读出的MWPCMWPCn n感应电荷重心法定位置感应电荷重心法定位置感应电荷重心法

49、定位置感应电荷重心法定位置固有位置分辨取决于信噪固有位置分辨取决于信噪固有位置分辨取决于信噪固有位置分辨取决于信噪比和阴极条信号读出宽度。比和阴极条信号读出宽度。比和阴极条信号读出宽度。比和阴极条信号读出宽度。n n 低噪声电荷灵敏低噪声电荷灵敏低噪声电荷灵敏低噪声电荷灵敏(ln(ln mm n)n)放大器可达到放大器可达到放大器可达到放大器可达到 Q/Q1%Q/Q1%n n空间分辨空间分辨空间分辨空间分辨 100 100mmn n可实现二维读出。可实现二维读出。可实现二维读出。可实现二维读出。n n 阴极阴极(ynj)条室条室CSCCSC(Cathode Strip Chamber)CSC(

50、Cathode Strip Chamber)漂移室不适于端盖，特别是前向区漂移室不适于端盖，特别是前向区漂移室不适于端盖，特别是前向区漂移室不适于端盖，特别是前向区（布丝困难、高计数率）。（布丝困难、高计数率）。（布丝困难、高计数率）。（布丝困难、高计数率）。CSC CSC既有既有既有既有MWPCMWPC的高计数率能力的高计数率能力的高计数率能力的高计数率能力(nngl)(nngl)，又有较好的空间分辨。，又有较好的空间分辨。，又有较好的空间分辨。，又有较好的空间分辨。第31页/共42页第三十二页，共42页。3333平行平行(pngxng)板室板室PPCPPC(Parallel Plate C