微结构气体探测器正离子反馈优化实验研究

发布时间：2020-10-13 04:15

　　 微结构气体探测器广泛应用于大型物理实验的径迹室进行粒子位置探测,但是由于结构特性会发生正离子反馈现象,导致位置畸变。为了实现径迹室对粒子的高位置分辨,首要解决的问题是微结构气体探测器的正离子反馈的问题。论文基于微结构气体探测器的正离子反馈的抑制需求,采用GEM、Mi-cromegas组合的微结构气体探测器作为研究对象,优化微结构气体探测器的电场配置,以实现正离子反馈的抑制。论文逐一分析了正离子反馈的影响因素,包括漂移电场、GEM电压、传输电场、Micromegas电压。为单独研究微结构气体探测器的正离子反馈,搭建了具有3mm漂移区、3mm传输区的短漂移区微结构气体探测器。根据根据正离子反馈的测量原理以及微电流的测量需求,设计了微电流测量方案和实验测量系统。基于正离子反馈的影响因素,设计了微结构探测器正离子反馈的优化实验。对探测器的漂移电场和传输电场配置、GEM电压和Micromegas电压配置,逐一进行单变量扫描测量正离子反馈率。在完成正离子反馈率优化后,计算探测器增益反馈因子,根据增益需求选择合适增益下的增益反馈因子。最后通过气体优化和更换高密度的Micromegas实现了微结构探测器的正离子反馈抑制的最大化。实验结果表明,微结构气体探测器在低漂移电场、高GEM电压、低传输电场、高Micromegas电压的条件下,正离子反馈率会得到抑制。对于正离子反馈率的最优配置是,传输电场为200V/cm,漂移电场为200V/cm,GEM电压为300V,Micromegas电压为400V,正离子反馈率为0.1%.在Ar/iC4H10(95/5)气体中传输电场为200V/cm,漂移电场为200V/cm,GEM电压为280V,Micromegas电压为400V的条件下,探测器的增益反馈因子达到6.2(探测器的增益为5000);在Ar/CF4/iC4H10(95/3/2)气体中传输电场为200V/cm,漂移电场为200V/cm,GEM电压为260V,Micromegas电压为400V的条件下,探测器的增益反馈因子达到5.6(探测器的增益为5000)。在更换Micromegas为520目微网Micromegas后,在Ar/CF4/iC4H10(95/3/2)气体中传输电场为200V/cm,漂移电场为200V/cm,GEM电压为260V,Micromegas电压为400V的条件下,探测器的增益反馈因子达到4.9(探测器的增益为5000),这将使得微结构气体探测器实现百微米的径迹分辨成为可能,为后续微结构气体探测器在对撞机上的应用提供电场配置参考。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O572.212
【部分图文】：

图２－１?：气体探测器最基本结构??带电粒子穿过气体探测器的灵敏区域，会与气体原子发生碰撞使气体发壶电离，并且在带电粒子的运动轨道上皙下＾系列电离轨迹。这个电离

以空气介质为例，入射粒子分别为ＩｆＵ质子，ｔｔ介子，ｐ介子时，根据Ｂｅｔｈｅ－Ｂｌｏｃｈ??公式，计算得出的在单位长度由电离损失的能量，在一张图中画出，得到不＿入??射粒子在不同能量下的单位长度的电离能量掘失图［２５］，如图２－２，??。．：Ｊ『一??：??１〇＂２?１０－１?１?１０?１０２?１０３?１０４??能量／ＭｅＶ??图２－２：在空气介质中，不同入射棱子在不同下的单检丧度的电禽能损图??图中Ｘ轴为入射粒矛的能单位为ＭｅＶ，Ｙ轴为在为单位长度的电离能??量损失，尊位为ＭｅＶ／ｃｍ。由此图可以看到，当着：电粒子的能量高于１０２ＭｅＶ时??所有粒子的能量损失变得非常低。在１ｃｍ的长度，电离龍量损失低于Ｏ．ＯＯｌＭｅＶ，??也就是说ｌｃｍ的长度，能量损失低于．０．００１％Ｄ这也就是为什么气体探测器在作??为径迹探测器时，可以近乎无损地探测粒子ａ这个特点也是ｉ气体探测器特有的优??势。??６??

氧气作为基础气的条件下，甲烷等其他的气体的比例可能会拫据需求有所微调??为了直观，将电子在气体探测器常用不同气体的中的漂移速度，在改变电场??的条件下，分别绘制在一张图上，如图２－５所示ｓ??１１??
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本文编号：2838719