高增益型气体电子倍增微网结构探测器的性能研究.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．12(2013)122901高增益型气体电子倍增微网结构探测器的性能研究术范胜男)2)3)王波2)祁辉荣1)2)9刘梅)2)3)张余炼4)张建)2)刘荣光)2)伊福廷2)欧阳群)2)陈元柏)2)1)(核探测与核电子学国家重点实验室，中国科学院高能物理研究所，北京100049)2)(中国科学院高能物理研究所，北京100049)3)(中国科学院大学，北京100049)4)(兰州大学，兰州730000)(2012年llH23日收到；2013年1~]24日收到修改稿)随着微结构气体探测器的不断发

2、展，不同的探测需求相继提出．为了实现气体探测器在高增益和低打火率的条件下长时间稳定工作，结合气体电子倍增器(GEM)与微网结构气体探测器(MicroMegas)的探测优势，成功研制出一种基于GEM作为预放大的MicroMegas探测器，详细介绍了探测器结构和工作原理，并利用Fe放射源对探测器增益、打火率、能量分辨和工作稳定性等性能进行了实验测量．分析结果显示GEM—MicroMegas探测器可以连续工作30h以上，探测器增益可以超过10，相对于无GEM膜的MicroMegas探测器，相同增益下打火率可以降低近100倍．关键词：微网结构气体探

3、测器，能量分辨率，增益，打火率PACS：29．40．CsDOI：10．7498／aps．62．122901空间电子数目过大(>10)[5】，容易发生流光放电，1引言损坏探测器和前端电子学系统，并且引起很大的死时间_6J．气体电子倍增器(gaselectronmultiplier,微网结构气体探测器(micro—meshgaseousGEM)是由欧洲核子中心在1997年发展起来的一structure，MicroMegas)是1996年由Saclay实验室种气体电子倍增器件，主要利用微电子加工与刻蚀发明的一种新型气体探测器llj．它主要由漂移极

4、、工艺，在70m厚的双面覆铜Kaptom薄膜上，刻蚀读出极和金属丝网组成。其中漂移区的大小一般在出孔径为70m，间距为140m的阵列小孔．工作几毫米，漂移电场强度约100V／cm；雪崩区由金属时当电子进入到小孔，在强电场的中实现电子倍增，丝网与读出极100um左右的间距构成，雪崩区的单层GEM的增益可以达到30倍以上．成熟的工电场强度约30kV／cm．当带电粒子在漂移区发生电艺可以实现大面积GEM的制作，薄膜孔结构使得离，电离电子沿着电力线穿过金属丝网，在雪崩区GEM具有高位置分辨、能量分辨、易于组装和高的强电场中发生电子雪崩，最后雪崩电子

5、被读出极计数率等优点．但是，实际测量中为了达到较高的收集．MicroMegas探测器本身的结构优势使得其增益，需要三层到四层的GEM膜级联倍增形成探具有高计数率、位置分辨、时间分辨、耐辐照和价格低廉等优点，在近几年已被成功应用于高能物理测器_7_，这种探测器结构造成最下层的GEM膜承探测领域[2-4j．但是，由于MicroMegas探测器的雪受非常高的电子倍增压力，使得下层GEM膜很容崩区间距非常小，当入射粒子通量很高，探测器又易局部放电，损坏探测器【8】．需要承受较高增益时，在雪崩区非常容易造成局部本文介绍一种GEM—MicroMegas

6、级联探测器国家自然科学基金(批准号：11275224)资助的课题t通讯作者．E-mail：qihr@ihep．ac．cn⑥2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．hy．ac．c他●物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62．No．12(2013)1229012．2工作原理气体为氩气，异丁烷(95／5)时，5．33keV的特征x射线所产生的原初电子数约为放射源产生的x射线经直径1mm，高度2mm5．33×103×95％5．33×103×5％^，．的铅准直孔入射至探测窗，进入探测器，与工作气P

7、一————一十——一体发生相互作用[12]．部分x射线在漂移区与工作=206，(2)介质发生光电效应，光电子与气体分子反应电离其中26eV和23eV分别是氩气和异丁烷气体产生出原初电子，原初电子经电场输运到GEM的微孔一对电子一离子所需的平均能量[12]．GEM—MM探电场中倍增放大，放大后的电子再次经电场输运，测器的输出电荷信号通过的多道分析器获取，通过经过传输区进入到MicroMegas的微网电场中倍增原初电子数目、电荷值和能量三者的正比关系，可放大，信号由阳极上的电极板感应读出，这时产生以得到5．33keV全能峰在探测器不同工作电压下

8、，的放大信号所对应的放大倍数即是GEM—MM探测器的总增益GGEM．MM．未在漂移区发生光电效信号对应多道分析器获取的道数．如果多道分析器的道值对应的电子数为Ⅳe，Ⅳe可以通过已