兰州冷却储存环外靶时间投影室样机的研制和激光标度
发布时间：2020-10-20 10:47
时间投影室(Time Projection Chamber,TPC)是一种可以运用于粒子物理与核物理实验中的气体探测器,可以测量进入其漂移场腔的带电粒子的三维径迹和能量损失,具有较好的能量分辨和很高的位置分辨能力。国际上很多大型的粒子探测与核物理实验设备当中广泛使用了时间投影室这类气体探测器。国内的冷却储存环实验终端实验(CEE,CSR External-target Experiment)合作组计划在兰州重离子加速器装置冷却储存环(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou Cooling Storage Ring,HIRFL-CSR)外靶终端建造一台低温高密度核物质测量谱仪,可以测量近全空间的能量范围在100MeV/u到800MeV/u之间的重离子碰撞中带电离子产物。实验中需要用到TPC探测器作为主径迹探测器。为了建造CEE-TPC,我们研制了一个相对较小的样机,并且做了一些测试,测试了其基本性能指标,包括位置分辨能力和能量分辨能力,通过对TPC样机的测试获取很多宝贵的经验。本文分为三个部分。第一部分为气体探测器的基本原理、时间投影室的工作原理和时间投影室的发展历史与现状,第二部分为TPC样机靶室的设计与建造改造、基于气体电子倍增器(Gas Electron Multiplier,GEM)探测器读出的TPC样机漂移室的组装和测试、实验中用到的VME电子学的介绍、线路连接和调试和气体系统的搭建,第三部分为实验的过程和数据分析,包含了~(32)S束流测试实验、α粒子测量实验的过程和结果分析以及经验分析,还有之后的详细的使用激光确定TPC的各项指标,包括分辨不同方向入射激光的各个方向的径迹及分辨能力、研究GEM膜之间加载的电压对GEM电子倍增能力的影响、漂移场腔电场强度对电子漂移速度的影响、激光光斑大小和能量大小对TPC能量测量精度的影响,通过这些可以得到TPC大致的性能参数及实际测量的表现。通过对TPC样机的硬件设计、搭建和各项测试,我们得到了其各项参数,包括能量分辨能力和位置分辨能力等,符合了中低能核物理实验的要求,同时为今后CEE-TPC的建造提供很多可以用于今后建造和实验测试的参数,同时积累了很多宝贵的经验和教训。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL594
【部分图文】：
能量损失的实际值和理论计算值的比较，虚线为（高斯分布）实线为朗道分布理论圆点为实验值[1]on and carbon dioxide gas, the comparation of actual value of enalculation value of energy loss. The dotted line represents a simp distribution) and the solid line represents the experimental valu气体介质能量不断损失的过程中，会在其径迹上不断产生探测器测量带电粒子在气体介质中电离能损实际上是测对数，以时间投影室为例，最终测量的信息内包含的感应损。在一个带有电场的气体探测器中，带电粒子在气体当还会和周围的气体分子或原子发生相互碰撞，并且会产子离子对产生后有一个速度，会不断地碰撞周围周围作不
第 1 章 引言现象。气体探测器在阴阳极有收集电子或者离子的装置，得出其总数，从初始带电粒子的电信号。为了尽可能准确地探测电子数，减小能损测量时，气体探测器在设计的过程中需要尽可能地减小前三种效应的产生，增大效应[4]。电子在气体介质中的漂移速度由以下公式定义 = ( ) · · 0 )和能量有关，为带电载流子的迁移率，E 为外部电场强度，p/p0为以为单位的气压，此为忽略电子与粒子复合与俘获效应的漂移速度公式。考体分子的作用，设电子自由程为 ，假设其不随电子速度大小的变化，则出精确的电子漂移速度公式 = (23 13d d )。
图 1. 3 时间投影室原理示意图Figure 1.3 The principle of TPC时间投影室可同时测量带电粒子的能量、动量，重构径迹的三维信息种类。其灵感来源于多丝正比室和多丝漂移室。时间投影室的设想是由 1970 年提出的，之后美国劳伦斯伯克利实验室（Lawrence Beratory）的 D.R.Nygren 博士提出[5]，并且在 1978 年研制出了 PEP-4 时探测器[6][7]。
【参考文献】
本文编号：2848584
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL594
【部分图文】：
能量损失的实际值和理论计算值的比较，虚线为（高斯分布）实线为朗道分布理论圆点为实验值[1]on and carbon dioxide gas, the comparation of actual value of enalculation value of energy loss. The dotted line represents a simp distribution) and the solid line represents the experimental valu气体介质能量不断损失的过程中，会在其径迹上不断产生探测器测量带电粒子在气体介质中电离能损实际上是测对数，以时间投影室为例，最终测量的信息内包含的感应损。在一个带有电场的气体探测器中，带电粒子在气体当还会和周围的气体分子或原子发生相互碰撞，并且会产子离子对产生后有一个速度，会不断地碰撞周围周围作不
第 1 章 引言现象。气体探测器在阴阳极有收集电子或者离子的装置，得出其总数，从初始带电粒子的电信号。为了尽可能准确地探测电子数，减小能损测量时，气体探测器在设计的过程中需要尽可能地减小前三种效应的产生，增大效应[4]。电子在气体介质中的漂移速度由以下公式定义 = ( ) · · 0 )和能量有关，为带电载流子的迁移率，E 为外部电场强度，p/p0为以为单位的气压，此为忽略电子与粒子复合与俘获效应的漂移速度公式。考体分子的作用，设电子自由程为 ，假设其不随电子速度大小的变化，则出精确的电子漂移速度公式 = (23 13d d )。
图 1. 3 时间投影室原理示意图Figure 1.3 The principle of TPC时间投影室可同时测量带电粒子的能量、动量，重构径迹的三维信息种类。其灵感来源于多丝正比室和多丝漂移室。时间投影室的设想是由 1970 年提出的，之后美国劳伦斯伯克利实验室（Lawrence Beratory）的 D.R.Nygren 博士提出[5]，并且在 1978 年研制出了 PEP-4 时探测器[6][7]。
【参考文献】
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1 李贺;兰州重离子储存环外靶实验终端时间投影室样机的研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2016年
本文编号：2848584
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