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微结构气体探测器正离子反馈优化实验研究

2020-12-09阅读(880)

微结构气体探测器正离子反馈优化实验研究

论文摘要

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。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 引言
  •   1.1 研究背景及研究意义
  •   1.2 主要研究内容及方法
  •   1.3 论文结构
  • 第二章 微结构气体探测器及物理需求
  •   2.1 微结构气体探测器
  •     2.1.1 气体的电离
  •     2.1.2 带电粒子在气体中的运动
  •     2.1.3 微结构气体探测器
  •   2.2 微结构气体探测器的正离子反馈
  •     2.2.1 两种典型微结构气体探测器
  •     2.2.2 微结构气体探测器的正离子反馈
  •   2.3 微结构气体探测器的物理需求及关键问题
  •     2.3.1 气体探测器的物理需求
  •     2.3.2 复合结构微结构气体探测器的正离子反馈
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 微结构气体探测器正离子反馈的影响因素分析
  •   3.1 漂移电场对正离子反馈的影响
  •   3.2 GEM电压对正离子反馈的影响
  •   3.3 传输电场对正离子反馈的影响
  •   3.4 Micromegas电压对正离反馈的影响
  •   3.5 工作气体对正离子反馈的影响
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 正离子反馈的实验研究
  •   4.1 正离子反馈的实验测量原理
  •   4.2 微结构气体探测器的组装
  •   4.3 正离子反馈的实验优化过程与步骤
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 正离子反馈的实验结果分析
  •   5.1 正离子反馈的因素优化结果
  •     5.1.1 漂移电场
  •     5.1.2 传输电场
  •     5.1.3 GEM电压
  •     5.1.4 Micromegas电压
  •     5.1.5 空间电荷累积效应分析
  •   5.2 增益反馈因子（IBF × Gain）
  • 4/iC4H10（95/3/2）气体性能测试'>  5.3 Ar/CF4/iC4H10（95/3/2）气体性能测试
  •   5.4 高目数Micromegas对正离子反馈的影响
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 论文工作总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 在学期间的研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘凌

    导师: 邵剑雄,祁辉荣

    关键词: 正离子反馈,微结构气体探测器

    来源: 兰州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 兰州大学

    分类号: O572.212

    总页数: 72

    文件大小: 7002K

    下载量: 37

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