基于國產(chǎn)THGEM的低能電子維位置探測器研究

1、基于國產(chǎn)thgem的低能電子二維位置探測器研究顏嘉慶1,3，謝宇廣1,21.核探測與核電子學(xué)國家重點實驗室2.高能物理研究所3.南華大學(xué)2014-8-14十七屆全國核電子學(xué)與核探測技術(shù)學(xué)術(shù)年會，甘肅，蘭州 目錄1.引言2.二維位置探測器結(jié)構(gòu)3.厚型氣體電子倍增器（thgem）的性能 3.1 測試方法 3.2 增益 3.3 能量分辨率 3.4 穩(wěn)定性4. 探測器模擬優(yōu)化 4.1 geant4模擬 4.2 garfield模擬結(jié)果5. 結(jié)論1.引言60020070um2.二維位置探測器結(jié)構(gòu)3.厚型氣體電子倍增器（thgem）的性能3.1測試方法如上圖所示的實驗裝置，用5.9kev 55fe x射線

2、源對雙層thgem進(jìn)行測試。漂移電場edrift = 1kv/cm，傳輸電場etran = 1kv/cm，感應(yīng)電場eind = 4kv/cm，輸出的信號經(jīng)過前放、主放，再經(jīng)過多道，最后連到電腦上3.2增益上圖是在ar+ic4h10=97:3和ar + co2=90:10兩種工作氣體中測得的單層和雙層高位置分辨thgem的增益曲線?？梢钥闯?，這種thgem的增益單層最高達(dá)到1104，雙層最大增益好于6104。3.3能量分辨率在ar+ic4h10=97:3工作氣體中，測得了雙層thgem的能量分辨約24%，全能峰和逃逸峰，兩峰位相差幾乎為一倍。3.4穩(wěn)定性用ar+co2=90:10工作氣體，對雙層

3、thgem進(jìn)行連續(xù)100小時的增益穩(wěn)定性測試。如果以25小時之后的變化來看，則增益的變化在2000/15000=13.4%的水平。4.探測器模擬優(yōu)化4.1geant4模擬上圖是透射窗的厚度對電子的透射率和橫向擴(kuò)散半徑的影響。綜合透過率、橫向擴(kuò)散，以及機(jī)械性能的考慮，將優(yōu)先采用50um的薄膜窗厚度。上圖是空氣層厚度對電子的透射率和橫向擴(kuò)散半徑的影響。氣體厚度影響橫向擴(kuò)散的同時還影響探測效率。顯然35mm的氣體厚度是比較合理的選擇，考慮到低氣壓工作，因此5mm的氣體厚度相對更好。上圖是0.5mev的入射電子，經(jīng)過50um厚的窗和5mm厚的空氣層達(dá)到漂移極下表面入射電子橫向散射半徑分布。陰影部分的面

4、積表示入射電子橫向擴(kuò)散半徑小于等于 rmean的電子個數(shù)占總電子數(shù)的比例，約為75.35%。因此，此處用rmean而不是rmax來表征四分之三以上電子橫向擴(kuò)散的影響。4.2 garfield模擬結(jié)果如圖上圖所示，雪崩后電離電子將擴(kuò)散到半徑約12mm的范圍，則對應(yīng)約3個0.5mm間距的讀出條寬度，或者9個同尺寸方形pad的區(qū)域，能夠滿足應(yīng)用重心法求位置的基本要求。5.結(jié)論1.基于國產(chǎn)的孔徑150um，孔間距400um，厚度100um的高位置分辨thgem，將能夠?qū)崿F(xiàn)位置分辨200um的低能電子位置分布的探測。2. thgem本身在ar+ic4h10=97:3和ar+co2 = 90:10中表現(xiàn)出良好的增益、增益穩(wěn)定性和能量分辨。3.利用geant4模擬了二維位置探測器的透射窗和空氣層對入射電子的影響。選擇50um的薄膜窗厚度和5mm的氣體厚度將比較合理。4.用garfield模擬了感應(yīng)極雪崩電子橫向擴(kuò)散的情況，基本在3個讀出條寬的范圍。5.將來可能會用已經(jīng)研制出d=100um