氣體探測器發(fā)展PPT課件

1、二、PEP-4的高壓TPC 圓柱半徑1m，長2m。 圓柱中央有一加負(fù)高壓 （-150kV）的電極將圓柱分為左右對稱的兩半。 圓柱的兩端面是柵絲平面、陽極絲平面（包括靈敏絲和場絲）和陰極感應(yīng)平面。 磁場B=1.5T，與電場平行，測動量，減小漂移電子的橫向擴(kuò)散。 每個(gè)端面分6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有183根靈敏絲，彼此平行且與半徑方向垂直，絲距4mm。其中15根絲彼此距離相等，下面有的感應(yīng)片。 靈敏絲直徑為20 m，柵絲和場絲76 m第1頁/共42頁 Ar（80%）+ CH4（20%）。 PEP-4的TPC側(cè)重于粒子鑒別，故充以高氣壓（8.5個(gè)大氣壓），有利于dE/dX的測量。 dE/dX 的能量分辨

2、3% 空間分辨其中，L 為漂移距離，LM=1m 為最大漂移距離； 為帶電粒子徑跡與靈敏絲平面垂直方向的夾角； 為電子的俘獲率； A 為電子學(xué)等效應(yīng)引起的本征空間分辨率； B、 C 分別為L、 函數(shù)項(xiàng)的系數(shù)當(dāng)L=0， =0 時(shí)， xy=160 m 最小值Z向空間分辨為 z =340 m 第2頁/共42頁 1個(gè)大氣壓 Ar（80%）+ CH4（20%）。 圓柱長2.66m。 圓柱中央有一加負(fù)高壓 （-20kV）的電極將圓柱分為左右對稱的兩半。 與電場平行磁場B=1.2T 每個(gè)端面分6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有192根靈敏絲， 陰極板有16圈感應(yīng)片，每圈相距4.5cm。每片面積為52.5mm2 ，每圈的片數(shù)

3、從16到144片不等，但為16的倍數(shù)。寬度不同三、DELPHI的常壓TPC第3頁/共42頁L=4.2m, D=4m 內(nèi)外扇區(qū)陰極片尺寸不一樣 四、STAR上的TPC第4頁/共42頁60 cm190 cm 24 sectors (12 on a side) Large pads good dE/dx resolution in the Outer sector Small pads for good two track resolution in the inner sectorOuter and Inner Sectors of the Pad Plane第5頁/共42頁4mmanodegat

4、ed gridV=150V0 Vn 第6頁/共42頁 用于重離子固定靶實(shí)驗(yàn)。 規(guī)模較??；由于重離子碰撞中產(chǎn)生的很高的粒子徑跡密度，因此側(cè)重點(diǎn)在雙徑跡分辨及次級頂點(diǎn)的重建。 密布的短絲（NA36，BNL810，無感應(yīng)條讀出） 將陰極感應(yīng)條平面分成大量的感應(yīng)片（NA35，HISS，無信號絲讀出） e+e-對撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)中的TPC有好的動量分辨及粒子鑒別，雙徑跡分辨較差； 重離子實(shí)驗(yàn)中的TPC有好的雙徑跡分辨，一般也有好的動量分辨，但粒子鑒別能力較差五、其它氣體TPC第7頁/共42頁 用液體代替氣體作為帶電粒子的探測介質(zhì)有許多優(yōu)點(diǎn)。氣泡室、液氬電磁量能器 液體TPC具有良好的能量與空間分辨，像氣泡室一

5、樣，能給出電離徑跡的三維成像。特別適合高精度、大質(zhì)量的應(yīng)用與尋找稀有事例的實(shí)驗(yàn)中，例如太陽中微子、質(zhì)子衰變及雙 衰變等。 常用液氬(LAr)六、液體TPC第8頁/共42頁 屏蔽柵(Y) 感應(yīng)平面(Y)由靈敏絲（2根一組，相距0.6mm）、屏蔽絲構(gòu)成 收集平面(X)給出另一維坐標(biāo) 屏蔽柵的存在，使得在漂移電子未穿過柵絲之前，不會在靈敏絲上產(chǎn)生感應(yīng)信號。屏蔽柵平面對漂移電子100%透明的條件 E2/E11.4 E3/E13電場線將在感應(yīng)平面的靈敏絲之間通過而到達(dá)收集平面的靈敏絲第9頁/共42頁 三維成像每個(gè)事例2個(gè)二維平面成像：漂移時(shí)間-感應(yīng)絲、漂移時(shí)間-收集絲 被取樣采集的電荷值表示為像素的黑度

6、，越黑表示電荷值越高第10頁/共42頁宇宙線引起的簇射在收集面的成像包含電磁簇射和強(qiáng)子簇射小黑點(diǎn)由1MeV的 光子形成第11頁/共42頁第12頁/共42頁 頂點(diǎn)探測器位于最內(nèi)部，維修難。不僅要求定位精度高和計(jì)數(shù)率限高，還要求高可靠性、抗輻射性能強(qiáng)。 單元：半徑 1.5mm 1+6； 31m的不銹鋼絲性能最好 模塊：70個(gè)單元包在30mm的六角形碳纖維管內(nèi)。管子作為機(jī)械支撐、氣體密封。 每根徑跡30次取樣第13頁/共42頁二、性能 M=106 空間分辨率：65 m 雙徑跡分辨 500-1000 m 縱向（沿絲）分辨率 0.9%絲長 計(jì)數(shù)率限 106m2s1 抗輻照性能好：0.5-1.0 A/cm

7、，比通常的MWPC好20倍 單元死時(shí)間30-40ns第14頁/共42頁一、結(jié)構(gòu) 由4-6mm的圓柱形連續(xù)陰極面代替幾根陰極絲限定的小單元。 陰極是鋁化的Mylar或Lexan膜，厚度30 m，并不引進(jìn)更多的散射和吸收 當(dāng)絲斷裂時(shí)可以起到很好的隔離作用，也可較好地消除噪聲 長度可達(dá)幾米，需中間加支撐。第15頁/共42頁二、性能 空間分辨率：100 m 雙徑跡分辨： 4mm，由管徑?jīng)Q定 單元死時(shí)間： 40ns 機(jī)械性能好，不怕斷絲 進(jìn)一步減小管子的直徑、增加長度是對制作工藝的挑戰(zhàn)。第16頁/共42頁 MWPC和漂移室是具有代表性的氣體探測器。不僅在粒子物理實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用，且在X射線晶體學(xué)、生

8、物醫(yī)學(xué)和天體物理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 MWPC的局限性： 垂直陽極絲方向，空間分辨率有絲距（2mm）決定。 由于正離子收集時(shí)間長，計(jì)數(shù)率受到限制。 解決方法： 減小絲距:改進(jìn)空間分辨率，減小每根絲承受的粒子通量。 減小陽極和陰極間的氣隙：縮短離子收集時(shí)間，減小空間電荷效應(yīng) 但這兩種方法都會減小輸出幅度（M、電離數(shù)），機(jī)械加工精度的限制（S1mm,L106mm2s1 n 因氣體放大倍數(shù)與電離產(chǎn)生的位置有關(guān)，離陽極越遠(yuǎn)則越高，但總輸出信號與帶電粒子的總能量沉積仍近似有正比關(guān)系。能量分辨一般。n M5x104n 探測效率 90% （小氣隙）適合高粒子通量、要求能快速響應(yīng)和適中的能量分辨處，如對撞點(diǎn)的

9、小角度區(qū)。CMS的very forward區(qū)量能器采用PPC。第33頁/共42頁阻性板室阻性板室RPCn 由兩塊平行的阻性板（1010-1012 cm）組成n 阻性板材料一般為玻璃或電木板，內(nèi)表面覆亞麻油或脒胺膜。氣隙2mmn 當(dāng)帶電粒子在工作氣體內(nèi)雪崩放電時(shí)，阻性板的高阻產(chǎn)生瞬時(shí)的電壓降，電場急劇下降，使放電猝滅。使雪崩放電限制在幾mm2的范圍，其余部分仍處于工作狀態(tài)。n 信號由感應(yīng)條或感應(yīng)片讀出?？啥S讀出第34頁/共42頁二、MRPC小氣隙，時(shí)間快，探測效率低；大氣隙，信號小，時(shí)間慢 多隙RPC （MRPC）粒子在各間隙獨(dú)立雪崩，信號等于各雪崩效應(yīng)“瞬時(shí)”疊加。信號快、探測效率高工作模式

10、：工作模式： SQS模式：信號大；恢復(fù)慢，低計(jì)數(shù)率模式：信號大；恢復(fù)慢，低計(jì)數(shù)率 100cm2s1 雪崩模式：適合相對高技術(shù)率；信號小，時(shí)間特性差雪崩模式：適合相對高技術(shù)率；信號小，時(shí)間特性差第35頁/共42頁效率,時(shí)間分辨與高壓的關(guān)系 效率,暗電流與高壓的關(guān)系 效率, 時(shí)間分辨與計(jì)數(shù)率的關(guān)系 時(shí)間晃動與高壓的關(guān)系 第36頁/共42頁三、性能 時(shí)間分辨好 100 ps 探測效率 98% （低粒子通量） 宜于大面積制作，造價(jià)低。得到廣泛應(yīng)用第37頁/共42頁ARGO-YBJARGO-YBJ，“地毯地毯”：每個(gè)每個(gè)RPCRPC單元：單元： 2.8m 2.8m 1.12m1.12m128m128m 128m128m 分分4444行，行，110110列列BaBarBESIII，探測器 第38頁/共42頁小間隙室小間隙室TGCn 陽極和陰極間距很小（1.5mm）n 工作氣體 Ar(55)+CO2(45)+n-C5H12工作在高增益飽和模式。當(dāng)間距變化0.2mm時(shí)，輸出脈沖無變化。第39頁/共42頁探測低