气体探测器发展

1、 单元：半径 1.5mm 1+6； 31m的不锈钢丝性能最好 模块：70个单元包在30mm的六角形碳纤维管内。管子作为机械支撑、气体密封。 每根径迹30次取样二、性能二、性能 M=106 空间分辨率：空间分辨率：65 m 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，比通常的的MWPC好好20倍倍 单元死时间单元死时间30-40ns二、性能二、性能 空间分辨率：空间分辨率：100 m 双径迹分辨：双径迹分辨： 4mm，由管径决定，由管径决定 单元

2、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、增加长度是对制作工进一步减小管子的直径、增加长度是对制作工艺的挑战。艺的挑战。n 二、性能二、性能n 空间分辨空间分辨: 30 m，双径迹分辨，双径迹分辨400 m。n 能量分辨能量分辨 11%（55Fe）n 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60nsn 高计数率限高计数率限 106mm2s1 由于由于MSGC好的能量、位置分辨，快的时间响应和快的计好的能量、位置分辨，快的时间响应和快的计数率能力，而得到人们广泛的关注。数率能力，而得到人们广泛的关注。CMS采

3、用其作为内层采用其作为内层的径迹探测器。的径迹探测器。n M103n 放大倍数稳定性不好放大倍数稳定性不好主要原因是在垫板上的电荷堆积和放电问题。在气体，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等方面找到了比较电极的材料，垫板的材料和表面处理等方面找到了比较好的解决方案。好的解决方案。 电极易老化，影响寿命电极易老化，影响寿命5805060140SmDmTmdmPmn GEM是用很薄的两面都是附有极薄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合薄箔上用光刻技术打有高密度

4、的小孔n 电子由上面转换区飘进小孔，放大后，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收继续飘进过渡区到达下面的电极进行收集集n 空间分辨空间分辨: 40 mn 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，无离子尾巴，速度很快无离子尾巴，速度很快n GEM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，当然是电压的函数。当当然是电压的函数。当选取优化的参数在选取优化的参数在Ar-CO2(70:30)的气体中，的气体中，放大倍数可达放大倍数可达104 GEM+MSGC两级两级GEMMicromegas (Micro Mesh Gaseo

5、us Structure)结构和工作原理结构和工作原理用很薄很细的金属网代替阴极丝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，用刻有微条的板作为阳极平面，两平面之间的间隔小于平面，两平面之间的间隔小于100 m。这一小间隙可以用耐。这一小间隙可以用耐压好的石英丝或尼龙丝做垫片来压好的石英丝或尼龙丝做垫片来保证。保证。n 空间分辨空间分辨: 60 mn 时间响应时间响应与放大间隙有关，当雪崩间隙由与放大间隙有关，当雪崩间隙由100 m下降到下降到50 m时，时，信号的上升时间会减少信号的上升时间会减少2倍，当间隙为倍，当间隙为50 m时，时，30ns的时间可以收集到整个信号的时

6、间可以收集到整个信号n 高计数率限高计数率限 109mm2s1 ，基本无饱和现象，基本无饱和现象n M3x105 （Ar+C2H6+CF4）n 在探测器的均匀性，工作稳定性和长时间的可靠的实验中，在探测器的均匀性，工作稳定性和长时间的可靠的实验中，均没有发现异常问题。均没有发现异常问题。 微网平面气体探测器（微网平面气体探测器（Micromegas）不仅可以做高能不仅可以做高能物理实验的径迹探测器，还有可能做顶点探测器，同时可物理实验的径迹探测器，还有可能做顶点探测器，同时可以应用在其它高计数率的领域。以应用在其它高计数率的领域。n Al膜（阴极）膜（阴极）+ 绝缘条绝缘条 + Al膜（阳极）

7、膜（阳极）绝缘条的厚度（绝缘条的厚度（2 m）决定了阳决定了阳极阴极间的距离，也决定了电场。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气体的放大与阳极的间隙无关 n n n n高计数率限：高计数率限：106mm-2s-1 二、性能二、性能n 较高的空间定位精度较高的空间定位精度n 沿丝方向沿丝方向65 m（3根阴极条感应信号）根阴极条感应信号）n 垂直丝方向垂直丝方向150-200 m（漂移时间）（漂移时间）n 造价比漂移室便宜造价比漂移室便宜QQkwn 二、性能二、性能n 时间响应时间响应 不同地点产生的原初电子几乎同时雪崩，因此时间晃动不同地点产生的原初电子几乎同时雪崩，因此

8、时间晃动极小。极小。 上升时间上升时间 1ns，脉冲宽度，脉冲宽度 5nsn 高计数率限高计数率限 106mm2s1 n 因气体放大倍数与电离产生的位置有关，离阳极越远则因气体放大倍数与电离产生的位置有关，离阳极越远则越高，但总输出信号与带电粒子的总能量沉积仍近似有正越高，但总输出信号与带电粒子的总能量沉积仍近似有正比关系。能量分辨一般。比关系。能量分辨一般。n M5x104n 探测效率探测效率 90% （小气隙）（小气隙）适合高粒子通量、要求能快速响应和适中的能量分辨处，适合高粒子通量、要求能快速响应和适中的能量分辨处，如对撞点的小角度区。如对撞点的小角度区。CMS的的very forwar

9、d区量能器采用区量能器采用PPC。n 由两块平行的阻性板由两块平行的阻性板（1010-1012 cm）组成）组成n 阻性板材料一般为玻璃或电阻性板材料一般为玻璃或电木板，内表面覆亚麻油或脒胺木板，内表面覆亚麻油或脒胺膜。气隙膜。气隙2mmn 当带电粒子在工作气体内雪当带电粒子在工作气体内雪崩放电时，阻性板的高阻产生崩放电时，阻性板的高阻产生瞬时的电压降，电场急剧下降，瞬时的电压降，电场急剧下降，使放电猝灭。使雪崩放电限制使放电猝灭。使雪崩放电限制在几在几mm2的范围，其余部分的范围，其余部分仍处于工作状态。仍处于工作状态。n 信号由感应条或感应片读出。信号由感应条或感应片读出。可二维读出可二维

10、读出n小气隙，时间快，探测效率低；小气隙，时间快，探测效率低；大气隙，信号小，时间慢大气隙，信号小，时间慢 多隙多隙RPC （MRPC）n粒子在各间隙独立雪崩，信号等粒子在各间隙独立雪崩，信号等于各雪崩效应于各雪崩效应“瞬时瞬时”叠加。信叠加。信号快、探测效率高号快、探测效率高工作模式：工作模式： SQS模式：信号大；恢复慢，低计数率模式：信号大；恢复慢，低计数率 100cm2s1 雪崩模式：适合相对高技术率；信号小，时间特性差雪崩模式：适合相对高技术率；信号小，时间特性差效率,时间分辨与高压的关系 效率,暗电流与高压的关系 效率, 时间分辨与计数率的关系 时间晃动与高压的关系 n时间分辨好时间分辨好 100 psn探测效率探测效率 98% （低粒子通量）（低粒子通量）n宜于大面积制作，造价低。宜于大面积制作，造价低。ARGO-YBJARGO-YBJ，“地毯地毯”：每个每个RPCRPC单元：单元： 2.8m 2.8m 1.12m1.12m128m1