小型活性靶时间投影室性能研究
发布时间：2021-04-01 02:33
本文设计了使用64路一维读出条的小型活性靶时间投影室,并对其性能进行了测试,其气体室的灵敏体积为10 cm×10 cm×14 cm,通过连接2层厚气体电子倍增器进行电子放大。为改善场笼边缘的电场不均匀性,引入场笼环的设计结构。当场笼环加高压为-950 V时,测得α粒子沿漂移电场方向的径迹位置分辨小于0.2 mm,径迹角度分辨小于0.6°,时间分辨小于20 ns。活性靶时间投影室的工作气体为96%He+4%CO2。实验中也观察到了清晰的α粒子在He气上的弹性散射事件。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
场笼和GEM膜高压电路
TPC本质上是1个气体探测器。当带电粒子穿过探测器的气体腔室时,沿粒子路径的气体分子将被电离。电离产生的电子在外加均匀电场(将外加电场方向定义为三维直角坐标系的z方向)作用下将沿z轴方向向阳极漂移,漂移时间由电子产生的位置与电极之间的距离决定。另一方面,电子漂移到达的阳极设计为二维平面读出(该平面与外加电场方向垂直,定义为三维直角坐标系的x-y平面)。根据漂移电子到达时二维读出板感应信号的位置可定位电子在x-y平面上的位置,从而确定带电粒子径迹在x-y平面上的投影。因此,TPC可作为带电粒子的三维成像系统探测带电粒子径迹。TPC的性能依赖于气体腔室中外加电场的均匀性、气体增益的稳定性、信号放大和读出技术等。本文设计的AT-TPC是一简化的二维成像系统。该探测器由气体腔室、场笼和1套端盖及相关电子学读出构成,装置示意图如图1所示。场笼安装在顶部的阴极平行板和底部的读出板之间,场笼体积为14 cm×14 cm×14 cm,场笼四周由4块相同的印刷电路板(PCB)组成,每块电路板内表面有14根平行铜条,条宽7 mm,间距3 mm,构成的漂移区长度为14 cm。基于GEM的TPC是1种具有良好位置分辨和快时间响应的新型粒子径迹探测器。底部的放大级使用2层厚GEM[21],其灵敏面积为10 cm×10 cm,GEM膜厚200 μm。从2层厚GEM膜放大出来的电子在读出电路板上产生感应信号,读出条长度为100 mm、宽度为1 mm、间隔为0.562 mm,共64条。通过图2所示的电路给场笼和GEM膜加高压。本文所有测试中场笼电压设置为-2 700 V,GEM膜电压设置为-880 V。漂移电场电势通过电路中一系列电阻实现均匀下降。两片GEM膜之间以及下层GEM膜和底部读出板之间间距均为3 mm。在场笼底部和上层GEM膜之间放置1圈由15 mm宽的铜条构成的场笼偏压环用于修正漂移电场。
实验装置和信号处理电路如图3所示。小型AT-TPC放置在1个封闭的靶室中,实验时靶室内采用流气式气体循环,96%He+4%CO2混合气体气压为8×105 Pa。在场笼外部一侧z=70 mm处放置α粒子放射源241Am(α粒子能量为5.49 MeV),通过1个直径4 mm的孔射入场笼。场笼外正对着放射源的另一侧,放置1个多丝正比室,用于探测α粒子和触发数据获取系统。为对TPC探测器进行电子漂移速度刻度,在放射源对面侧PCB场笼板上z=70 mm处打出1个直径4 mm的中心孔,然后以此为中心,在z=50、60、80、90 mm处打出4个直径为2 mm的刻度孔。这样只有α粒子穿过这几个孔的径迹可被触发记录下来。来自这几个孔的粒子的位置差和时间差,即可用于测量漂移速度。64路读出条得到的信号由排线引出靶室,接入北京大学亚原子粒子探测实验室研发的电荷灵敏型前置放大器。该前置放大器已多次成功用于核物理实验中[23-24]。前放信号经过MSCF-16主放后的时间和能量信号分别输出到CAEN V1190和CAEN V785中记录。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study of the structure of unstable nuclei through the reaction experiments[J]. CAO ZhongXin & YE YanLin State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(S1)
硕士论文
[1]TPC探测器漂移电场的模拟研究及改进[D]. 郑保军.清华大学 2010
本文编号：3112528
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
场笼和GEM膜高压电路
TPC本质上是1个气体探测器。当带电粒子穿过探测器的气体腔室时,沿粒子路径的气体分子将被电离。电离产生的电子在外加均匀电场(将外加电场方向定义为三维直角坐标系的z方向)作用下将沿z轴方向向阳极漂移,漂移时间由电子产生的位置与电极之间的距离决定。另一方面,电子漂移到达的阳极设计为二维平面读出(该平面与外加电场方向垂直,定义为三维直角坐标系的x-y平面)。根据漂移电子到达时二维读出板感应信号的位置可定位电子在x-y平面上的位置,从而确定带电粒子径迹在x-y平面上的投影。因此,TPC可作为带电粒子的三维成像系统探测带电粒子径迹。TPC的性能依赖于气体腔室中外加电场的均匀性、气体增益的稳定性、信号放大和读出技术等。本文设计的AT-TPC是一简化的二维成像系统。该探测器由气体腔室、场笼和1套端盖及相关电子学读出构成,装置示意图如图1所示。场笼安装在顶部的阴极平行板和底部的读出板之间,场笼体积为14 cm×14 cm×14 cm,场笼四周由4块相同的印刷电路板(PCB)组成,每块电路板内表面有14根平行铜条,条宽7 mm,间距3 mm,构成的漂移区长度为14 cm。基于GEM的TPC是1种具有良好位置分辨和快时间响应的新型粒子径迹探测器。底部的放大级使用2层厚GEM[21],其灵敏面积为10 cm×10 cm,GEM膜厚200 μm。从2层厚GEM膜放大出来的电子在读出电路板上产生感应信号,读出条长度为100 mm、宽度为1 mm、间隔为0.562 mm,共64条。通过图2所示的电路给场笼和GEM膜加高压。本文所有测试中场笼电压设置为-2 700 V,GEM膜电压设置为-880 V。漂移电场电势通过电路中一系列电阻实现均匀下降。两片GEM膜之间以及下层GEM膜和底部读出板之间间距均为3 mm。在场笼底部和上层GEM膜之间放置1圈由15 mm宽的铜条构成的场笼偏压环用于修正漂移电场。
实验装置和信号处理电路如图3所示。小型AT-TPC放置在1个封闭的靶室中,实验时靶室内采用流气式气体循环,96%He+4%CO2混合气体气压为8×105 Pa。在场笼外部一侧z=70 mm处放置α粒子放射源241Am(α粒子能量为5.49 MeV),通过1个直径4 mm的孔射入场笼。场笼外正对着放射源的另一侧,放置1个多丝正比室,用于探测α粒子和触发数据获取系统。为对TPC探测器进行电子漂移速度刻度,在放射源对面侧PCB场笼板上z=70 mm处打出1个直径4 mm的中心孔,然后以此为中心,在z=50、60、80、90 mm处打出4个直径为2 mm的刻度孔。这样只有α粒子穿过这几个孔的径迹可被触发记录下来。来自这几个孔的粒子的位置差和时间差,即可用于测量漂移速度。64路读出条得到的信号由排线引出靶室,接入北京大学亚原子粒子探测实验室研发的电荷灵敏型前置放大器。该前置放大器已多次成功用于核物理实验中[23-24]。前放信号经过MSCF-16主放后的时间和能量信号分别输出到CAEN V1190和CAEN V785中记录。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study of the structure of unstable nuclei through the reaction experiments[J]. CAO ZhongXin & YE YanLin State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(S1)
硕士论文
[1]TPC探测器漂移电场的模拟研究及改进[D]. 郑保军.清华大学 2010
本文编号：3112528
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3112528.html
