氣體探測器發(fā)展PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1氣體氣體(qt)探測器發(fā)展探測器發(fā)展第一頁，共42頁。 每個端面分6個扇區(qū)，每個扇區(qū)有183根靈敏絲，彼此平行且與半徑方向垂直(chuzh)，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20m，柵絲和場絲76 m第1頁/共42頁第二頁，共42頁。其中，其中，L 為漂移距離，為漂移距離，LM=1m 為最大漂移距離；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；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；為電子學(xué)等效應(yīng)引起的本征空間分辨率； B、 C 分別為分別為L、 函數(shù)項的系

2、數(shù)函數(shù)項的系數(shù)(xsh)當(dāng)當(dāng)L=0， =0 時，時，xy=160m 最小值最小值Z向空間分辨為向空間分辨為 z =340m 第2頁/共42頁第三頁，共42頁。第3頁/共42頁第四頁，共42頁。nL=4.2m, D=4mn內(nèi)外扇區(qū)陰極內(nèi)外扇區(qū)陰極(ynj)片尺寸不一樣片尺寸不一樣n 第4頁/共42頁第五頁，共42頁。60 cm190 cm第5頁/共42頁第六頁，共42頁。4mmanodegated gridV=150V0 Vn 增加“門”絲以減小高計數(shù)率下的空間電荷效應(yīng)，加快(ji kui)正離子收集n 由與在TPC中心發(fā)生對撞時間有關(guān)的外加脈沖觸發(fā)第6頁/共42頁第七頁，共42頁。第7頁/共4

3、2頁第八頁，共42頁。第8頁/共42頁第九頁，共42頁。屏蔽柵平面屏蔽柵平面(pngmin)對漂移電子對漂移電子100%透明的條件透明的條件 E2/E11.4 E3/E13電場線將在感應(yīng)平面電場線將在感應(yīng)平面(pngmin)的靈敏絲之間通過而的靈敏絲之間通過而到達收集平面到達收集平面(pngmin)的靈敏絲的靈敏絲第9頁/共42頁第十頁，共42頁。第10頁/共42頁第十一頁，共42頁。宇宙線引起的簇射在收集面的成像宇宙線引起的簇射在收集面的成像包含電磁包含電磁(dinc)簇射和強子簇射簇射和強子簇射小黑點由小黑點由1MeV的的光子形成光子形成第11頁/共42頁第十二頁，共42頁。第12頁/共4

4、2頁第十三頁，共42頁。第13頁/共42頁第十四頁，共42頁。二、性能二、性能M=106空間空間(kngjin)分辨率：分辨率：65m雙徑跡分辨雙徑跡分辨 500-1000 m縱向（沿絲）分辨率縱向（沿絲）分辨率 0.9%絲長絲長計數(shù)率限計數(shù)率限 106m2s1 抗輻照性能好：抗輻照性能好：0.5-1.0 A/cm，比通常的比通常的MWPC好好20倍倍單元死時間單元死時間30-40ns第14頁/共42頁第十五頁，共42頁。第15頁/共42頁第十六頁，共42頁。二、性能二、性能空間分辨率：空間分辨率：100m雙徑跡分辨：雙徑跡分辨： 4mm，由管徑，由管徑?jīng)Q定決定單元死時間：單元死時間： 40n

5、s機械性能好，不怕斷絲機械性能好，不怕斷絲進一步減小管子的直徑、增加進一步減小管子的直徑、增加長度長度(chngd)是對制作工藝是對制作工藝的挑戰(zhàn)。的挑戰(zhàn)。第16頁/共42頁第十七頁，共42頁。第17頁/共42頁第十八頁，共42頁。第18頁/共42頁第十九頁，共42頁。第19頁/共42頁第二十頁，共42頁。二、性能二、性能 空間分辨空間分辨: 30 m，雙徑跡分辨，雙徑跡分辨400 m。 能量分辨能量分辨 11%（55Fe） 時間響應(yīng)時間響應(yīng) 上升時間上升時間35ns,下降時間也只有下降時間也只有60ns 高計數(shù)率限高計數(shù)率限 106mm2s1 由于由于MSGC好的能量、位置好的能量、位置(w

6、i zhi)分辨，分辨，快的時間響應(yīng)和快的計數(shù)率能力，而得到人們快的時間響應(yīng)和快的計數(shù)率能力，而得到人們廣泛的關(guān)注。廣泛的關(guān)注。CMS采用其作為內(nèi)層的徑跡探測采用其作為內(nèi)層的徑跡探測器。器。 M103 放大倍數(shù)穩(wěn)定性不好放大倍數(shù)穩(wěn)定性不好主要原因是在墊板上的電荷堆積和放電問題。主要原因是在墊板上的電荷堆積和放電問題。在氣體，電極的材料，墊板的材料和表面處理在氣體，電極的材料，墊板的材料和表面處理等方面找到了比較好的解決方案。等方面找到了比較好的解決方案。 電極易老化，影響壽命電極易老化，影響壽命第20頁/共42頁第二十一頁，共42頁。第21頁/共42頁第二十二頁，共42頁。必須對每個必須對每個

7、GEM上上的電壓，漂移極的電的電壓，漂移極的電壓，工作氣體等各種壓，工作氣體等各種因素進行優(yōu)化。因素進行優(yōu)化。GEM+MSGC兩級兩級GEM第22頁/共42頁第二十三頁，共42頁。第23頁/共42頁第二十四頁，共42頁。Micromegas (Micro Mesh Gaseous Structure)第24頁/共42頁第二十五頁，共42頁。本無飽和現(xiàn)象本無飽和現(xiàn)象 M3x105 （Ar+C2H6+CF4）在探測器的均勻性，工作穩(wěn)定性在探測器的均勻性，工作穩(wěn)定性和長時間的可靠的實驗中，均和長時間的可靠的實驗中，均沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。微網(wǎng)平面氣體探測器微網(wǎng)平面氣體探測器（Micro

8、megas）不僅可以）不僅可以(ky)做高能物理實驗的徑跡探測器，做高能物理實驗的徑跡探測器，還有可能做頂點探測器，同時還有可能做頂點探測器，同時可以可以(ky)應(yīng)用在其它高計數(shù)率應(yīng)用在其它高計數(shù)率的領(lǐng)域。的領(lǐng)域。第25頁/共42頁第二十六頁，共42頁。第26頁/共42頁第二十七頁，共42頁。第27頁/共42頁第二十八頁，共42頁。第28頁/共42頁第二十九頁，共42頁。 隨著高能粒子物理實驗的發(fā)展，粒子的能動量越來越大，對帶電粒子動量測量(cling)的分辨率要求也越來越高。除了提高磁場強度外，需要粒子的測量(cling)長度也越長，探測器的體積越來越龐大。外層的探測器面積達到104m2，這

9、就需要建造既廉價又可靠的大面積探測器。第29頁/共42頁第三十頁，共42頁。二、性能二、性能 較高的空間定位精度較高的空間定位精度 沿絲方向沿絲方向65m（3根陰極條感應(yīng)信根陰極條感應(yīng)信號）號） 垂直絲方向垂直絲方向150-200 m（漂移時（漂移時間間(shjin)） 造價比漂移室便宜造價比漂移室便宜第30頁/共42頁第三十一頁，共42頁。第31頁/共42頁第三十二頁，共42頁。第32頁/共42頁第三十三頁，共42頁。二、性能二、性能(xngnng) 時間響應(yīng)時間響應(yīng) 不同地點產(chǎn)生的原初電子幾乎同時雪崩，不同地點產(chǎn)生的原初電子幾乎同時雪崩，因此時間晃動極小。因此時間晃動極小。 上升時間上升時

10、間 1ns，脈沖寬度，脈沖寬度 5ns 高計數(shù)率限高計數(shù)率限 106mm2s1 因氣體放大倍數(shù)與電離產(chǎn)生的位置有關(guān)，因氣體放大倍數(shù)與電離產(chǎn)生的位置有關(guān)，離陽極越遠則越高，但總輸出信號與帶電離陽極越遠則越高，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。能粒子的總能量沉積仍近似有正比關(guān)系。能量分辨一般。量分辨一般。 M5x104 探測效率探測效率 90% （小氣隙）（小氣隙）適合高粒子通量、要求能快速響應(yīng)和適中適合高粒子通量、要求能快速響應(yīng)和適中的能量分辨處，如對撞點的小角度區(qū)。的能量分辨處，如對撞點的小角度區(qū)。CMS的的very forward區(qū)量能器采用區(qū)量能器采用PPC。第33頁/共

11、42頁第三十四頁，共42頁。第34頁/共42頁第三十五頁，共42頁。粒子在各間隙獨立粒子在各間隙獨立雪崩，信號雪崩，信號(xnho)等于各等于各雪崩效應(yīng)雪崩效應(yīng)“瞬時瞬時”疊加。信號疊加。信號(xnho)快、探快、探測效率高測效率高工作模式：工作模式： SQS模式：信號大；恢復(fù)慢，低計數(shù)率模式：信號大；恢復(fù)慢，低計數(shù)率 100cm2s1 雪崩模式：適合雪崩模式：適合(shh)相對高技術(shù)率；信號小，時相對高技術(shù)率；信號小，時間特性差間特性差第35頁/共42頁第三十六頁，共42頁。效率,時間分辨(fnbin)與高壓的關(guān)系 效率,暗電流與高壓(goy)的關(guān)系 效率, 時間分辨(fnbin)與計數(shù)率的關(guān)系 時間晃動與高壓的關(guān)系 第36頁/共42頁第三十七頁，共42頁。第37頁/共42頁第三十八頁，共42頁。ARGO-YBJARGO-YBJ，“地毯地毯(dtn)”(dtn)”：每個每個RPCRPC單元：單元： 2.8m 2.8m 1.12m1.12m128m128m1