micromegas物理模拟与实验分析

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1、中国科学技术大学硕士学位论文Micromegas物理模拟与实验研究姓名：郭军军申请学位级别：硕士专业：粒子物理与原子核物理指导教师：汪晓莲20090501中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家

2、有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：签字日期：导师签名：签字日期：第1章Mieromegas介绍第1章Micromegas介绍1．1MicroPatternGasDetector发展气体探测器从最早的电离室，正比计数器，G．M计数器开始发展，1968年GeorgesCharpark发明了多丝正比室，使气体探测器发生了革命性的变化。由于其位置分辨率好，探测效率高，

3、成为了粒子物理实验研究的主要工具之一。为此，Charpark获得了诺贝尔物理奖，以后因各种不同实验和应用的需要，不断地发展出了各种具有不同类型的气体探测器，例如漂移室，流光室等。同时还应用在中子照相，丫照相等领域。从1988年AntonOred发明研制出微条气体探测器MSGC以后，气体探测器发展进入了一个新的高潮。各种类型的微观气体探测器相继出现[1，2】。】．1．1MSGCMSGC(MicroStripGasChamber)是一种位置灵敏气体探测器，其工作原理类似于MWPC。由漂移极，阳极条和阴极条三个电极组成，结构示意图见图1．1。阳极条与阴极条都在一个平面上，用光

4、刻方法将金属箔附在垫板上。二极之间的中心距约为200肛m。阴极条的厚度仅为0．51z'n，宽度约为100“m，阳极条较窄约为7岬。垫板通常是300-6001Jan厚的玻璃或石英板等。漂移极与阳，阴极平面的间隔一般为3～5mm。漂移极加几kV的负电压，阳极与阴极条之间也加几百伏的电压。当X射线或带电粒子在室内产生电离后，电子在漂移电场的作用下向阳极漂移。在靠近阳极条时，由于阴极和阳极条间隙很小(～岬)，其电场很强，可达40kV／em，电子在此区域发生雪崩，雪崩产生大量的次级电子和正离子，电子很快到达阳极条形成负脉冲。同样，因为间隙很小，正离子也很快到达阴极，所感应的脉冲也

5、很快，一般来讲，其脉冲中上升时间<35ns，下降时间也只有约60ns。MSGC结构上的特点：阳，阴极的间隙很小，只有几十Inn，所以计数率能力很高，可以高于106mm之s。1左右。在不发生极间打火和击穿的安全电压下，其放大倍数在103以上，甚至可达到104。该气体探测器的缺点主要有以下几点[3】：．1．打火很容易使微小结构的交替电极发生损坏。阳极条寿命、气体泄露、数据通路占用：阳极条受到高电场下雪崩产生的高能粒子的不断撞击和微条颗粒性，使其被激活蒸发、击穿、化学腐蚀和老化而导致短路的概率非常大。2．由于垫片上的电荷堆积和放电问题，存在增益长期稳定性问题。3．提高在安全工

6、作电压下的气体放大倍数，实现高效率地对最小带电粒子的探测。2MGC阁11MSGC结构参数示意图0．5’11a10．3。0．6MGC(MicroGapChamber)是一种基于微电子技术而研制的探测器，阳极与阴极由小体积的绝缘条隔开．在具体的结构上，最下面是探钡4器的垫板，只是一个支撑体，可以是石英，硅，玻璃等绝缘材料，在这垫片上镀一层铝金属膜厚度为1／am，作为阴极．在这层金属膜上面是厚度为2～109in的绝缘条，条的厚度决定了阳极一阴极之间的距离，然后再在绝缘条上镀铝膜，厚为2—3ltm，作为阳极条，它的宽度比绝缘条小几m，阳极条之间的距离为200-．300p．m，在

7、距离阳极条2—5mm处为漂移电极。漂移电极与阳极较大的间隙可提供带电粒子的初级电离电荷，形成电离漂移区；而阳极与阴极较小的间隙则用于快速收集在雪崩阶段所产生的电子与离子，形成雪崩放大区。、漂移电报4n陌投箍辱20u。／—{r莎剐。援扯。上／■‘日援L-一wu图12MGC的结构参数示意图当阳极—明极之间施加足够高的电压后，由于大量的电力线终止在阴极上并形成十分陡峭的电压梯度，使得气体雪崩电荷离子的收集过程非常之快。由于MGC没有过多外露的绝缘层，可有效地消除表面电荷的积累现象，从而进一步提高计数率和加快电荷离子的收集速度。因此与MSGC相比