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1、基于國(guó)產(chǎn)thgem的低能電子二維位置探測(cè)器研究顏嘉慶1,3,謝宇廣1,21.核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.高能物理研究所3.南華大學(xué)2014-8-14十七屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì),甘肅,蘭州 目錄1.引言2.二維位置探測(cè)器結(jié)構(gòu)3.厚型氣體電子倍增器(thgem)的性能 3.1 測(cè)試方法 3.2 增益 3.3 能量分辨率 3.4 穩(wěn)定性4. 探測(cè)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(cè)器結(jié)構(gòu)3.厚型氣體電子倍增器(thgem)的性能3.1測(cè)試方法如上圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,用5.9kev 55fe x射線
2、源對(duì)雙層thgem進(jìn)行測(cè)試。漂移電場(chǎng)edrift = 1kv/cm,傳輸電場(chǎng)etran = 1kv/cm,感應(yīng)電場(chǎng)eind = 4kv/cm,輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)前放、主放,再經(jīng)過(guò)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(cè)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(cè)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(duì)雙層
3、thgem進(jìn)行連續(xù)100小時(shí)的增益穩(wěn)定性測(cè)試。如果以25小時(shí)之后的變化來(lái)看,則增益的變化在2000/15000=13.4%的水平。4.探測(cè)器模擬優(yōu)化4.1geant4模擬上圖是透射窗的厚度對(duì)電子的透射率和橫向擴(kuò)散半徑的影響。綜合透過(guò)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(duì)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(shí)還影響探測(cè)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(duì)更好。上圖是0.5mev的入射電子,經(jīng)過(guò)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(gè)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(lái)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(duì)應(yīng)約3個(gè)0.5mm間距的讀出條寬度,或者9個(gè)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(guó)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(cè)。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(cè)器的透射窗和空氣層對(duì)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(gè)讀出條寬的范圍。5.將來(lái)可能會(huì)用已經(jīng)研制出d=100um
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