10 cm×10 cm Bulk Micromegas探测器的研制

Bulk Micromegas探测器是一种新型微结构气体探测器。利用光蚀刻技术制作了有效面积为10 cm×10 cm的多通道Bulk Micromegas探测器。对探测器的各通道进行了电容测试,显示探测器具有较好的均匀性。在Ar+10%CO_2气体中,使用~(55)Fe放射源和自主研制的基于APV25前端卡的数字化电子学,对制作的有效面积为10 cm×10 cm的探测器进行了测试,其结果显示探测器性能良好,能得到清晰的二维事件分布图。该探测器目前全部工艺国产化,并能进行批量生产,成品率接近100%。     

10 cm×10 cm Bulk Micromegas探测器的研制

Bulk Micromegas探测器是一种新型微结构气体探测器。利用光蚀刻技术制作了有效面积为10 cm×10 cm的多通道Bulk Micromegas探测器。对探测器的各通道进行了电容测试,显示探测器具有较好的均匀性。在Ar+10%CO₂气体中,使用⁵⁵Fe放射源和自主研制的基于APV25前端卡的数字化电子学,对制作的有效面积为10 cm×10 cm的探测器进行了测试,其结果显示探测器性能良好,能得到清晰的二维事件分布图。该探测器目前全部工艺国产化,并能进行批量生产,成品率接近100%。     

Research and Development of 10 cm×10 cm Bulk Micromegas Detector

<正>Micromegas detector is a new type of microstructure gas detector.It is one of the most advanced gas detectors,first developed by Giomataris et al.in 1996.The detector has the characteristics of excellent position resolution,stable performance and good radiation resistance,and can work under the condition of high counting rate,particularly suitable for high brightness environment.In recent years,it has developed rap-idly internationally.     

10cm×10cmCSC模型室的测试系统软件

阴极条读出探测器（ＣＳＣ）具有特点使其成为美国ＳＳＣ实验室ＧＥＭ合作中μ探测器的被选对象。本文介绍高能物理所研制的ＣＳＣ１０ｃｍ×１０ｃｍ模型的性能测量所应用的软件。     

用于Micromegas的电子学读出系统初步设计

Micromegas由于具有高计数率、良好的空间分辨能力、很好的抗辐照性能和简单的结构,被广泛应用于粒子物理实验,它是未来探测器的一个发展方向。论文介绍了用于Micromegas探测器的一种电子学读出系统,其中包括系统总体结构、前端ASIC前放电路设计、后端读出电子学硬件设计和FPGA中的固件设计,给出了现有条件下对此系统的初步测试结果。     

基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计

微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点,在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用。微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题,给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战,已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈。FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点,可很好解决这一问题。基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成,可完成10 240路半数字通道读出或4 096路模拟通道读出。该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测,验证了该系统的通用性和兼容性,为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案。     

基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计

微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点,在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用。微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题,给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战,已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈。FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点,可很好解决这一问题。基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成,可完成10 240路半数字通道读出或4 096路模拟通道读出。该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测,验证了该系统的通用性和兼容性,为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案。     

应用于PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台的Bulk Micromegas性能研究

探测无中微子双贝塔衰变的PandaX-Ⅲ实验需要一个能同时对多个Micromegas探测器的增益、能量分辨、坏道分布、位置分辨等性能参数进行测试的平台,为此中国原子能科学研究院建立了PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台。本文采用由光蚀刻技术制作的Bulk Micromegas对该测试平台进行研究：利用⁵⁵Fe放射源在Ar+10%CO₂的流气情况下,使用基于AGET读出芯片制作的通用读出电子学进行数据采集;运用C++与ROOT软件库编写相应的后端数据分析软件,并对数据进行了分析。测试结果表明,PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台各系统工作状态良好,应用于测试平台的Bulk Micromegas探测器具有良好的信噪比,X射线成像效果清晰,对5.9 keV X射线的能量分辨率为19.7%。     

应用于PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台的Bulk Micromegas性能研究

探测无中微子双贝塔衰变的PandaX-Ⅲ实验需要一个能同时对多个Micromegas探测器的增益、能量分辨、坏道分布、位置分辨等性能参数进行测试的平台,为此中国原子能科学研究院建立了PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台。本文采用由光蚀刻技术制作的Bulk Micromegas对该测试平台进行研究:利用~(55)Fe放射源在Ar+10%CO_2的流气情况下,使用基于AGET读出芯片制作的通用读出电子学进行数据采集;运用C++与ROOT软件库编写相应的后端数据分析软件,并对数据进行了分析。测试结果表明,PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台各系统工作状态良好,应用于测试平台的Bulk Micromegas探测器具有良好的信噪比,X射线成像效果清晰,对5.9 keV X射线的能量分辨率为19.7%。     

PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台研究

<正>研究中微子是否为自己的反粒子的其中一种方法便是寻找无中微子双贝塔衰变事件。要研究这种稀有的事件就需要极低的本底环境。位于中国锦屏地下实验室的PandaX-Ⅲ实验将使用近200kg的高压气氙制作的时间投影室对该事件进行观测。由于Micromegas探测器优越的能量分辨与位置分辨以及极低的本底,该实验将使用大量的Micromegas探测器作为时间投影室的读出     

宇宙线缪子散射成像模拟与算法研究

本文验证了基于Micromegas探测器的宇宙线缪子散射成像系统进行快速核材料检测的可行性,并对实验室宇宙线缪子成像系统原型进行参数估算。基于Geant4程序开发了用于模拟宇宙线缪子物理过程、传输径迹及Micromegas探测器响应的模拟程序。在模拟数据的基础上,实现并改进了两种主要的宇宙线缪子散射成像算法。根据模拟和成像结果,1 m×1 m成像系统可在10 min内检测到被重元素屏蔽的核材料。10 cm×10 cm成像系统的缪子事例触发率为0.16 s^-1,要获得较为清晰的成像结果,要求探测器位置分辨率达到300 μm,探测器增益为1 000时实际测量事例至少需要20 h。     

STCF RICH原型探测器的测试电子学系统构建与联调测试

环形成像切伦科夫(RICH)探测器作为超级陶粲装置(STCF)带电强子(π/K/p)鉴别的技术选项之一,采用厚型气体电子倍增器+微网格气体(THGEM+Micromegas)混合探测器结构以实现对切伦科夫光的探测。针对RICH原型探测器的信号读出,构建了一套1 024通道测试电子学系统,并与探测器进行了联合测试。该测试电子学系统使用高密接插件与RICH原型探测器进行连接,探测器输出信号通过测试电子学系统上的AGET和ADC芯片进行放大、成形和波形数字化,输出的数据经FPGA处理后通过千兆以太网传输至后端PC并进行数据分析。测试结果表明,在120 fC输入动态范围下,系统的等效噪声电荷(ENC)小于0.3 fC,且具有良好的输入-输出线性。该系统成功应用于RICH原型探测器切伦科夫成像束流实验中,并取得了良好的切伦科夫光成像结果。     

STCF RICH原型探测器的测试电子学系统构建与联调测试

环形成像切伦科夫（RICH）探测器作为超级陶粲装置（STCF）带电强子(π/K/p)鉴别的技术选项之一,采用厚型气体电子倍增器+微网格气体（THGEM+Micromegas）混合探测器结构以实现对切伦科夫光的探测。针对RICH原型探测器的信号读出,构建了一套1 024通道测试电子学系统,并与探测器进行了联合测试。该测试电子学系统使用高密接插件与RICH原型探测器进行连接,探测器输出信号通过测试电子学系统上的AGET和ADC芯片进行放大、成形和波形数字化,输出的数据经FPGA处理后通过千兆以太网传输至后端PC并进行数据分析。测试结果表明,在120 fC输入动态范围下,系统的等效噪声电荷（ENC）小于0.3 fC,且具有良好的输入-输出线性。该系统成功应用于RICH原型探测器切伦科夫成像束流实验中,并取得了良好的切伦科夫光成像结果。     

基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量,研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置,并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统,实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化,在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量,其量程为650 ns～10 ms,电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验,成功获得了中子束流剖面及10.65 μs～10 ms范围的飞行时间谱,对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验,验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。     

宇宙线缪子散射成像模拟与算法研究

本文验证了基于Micromegas探测器的宇宙线缪子散射成像系统进行快速核材料检测的可行性,并对实验室宇宙线缪子成像系统原型进行参数估算。基于Geant4程序开发了用于模拟宇宙线缪子物理过程、传输径迹及Micromegas探测器响应的模拟程序。在模拟数据的基础上,实现并改进了两种主要的宇宙线缪子散射成像算法。根据模拟和成像结果,1 m×1 m成像系统可在10 min内检测到被重元素屏蔽的核材料。10 cm×10 cm成像系统的缪子事例触发率为0.16 s~(-1),要获得较为清晰的成像结果,要求探测器位置分辨率达到300μm,探测器增益为1 000时实际测量事例至少需要20 h。     

基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量,研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置,并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统,实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化,在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量,其量程为650 ns～10 ms,电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验,成功获得了中子束流剖面及10.65μs～10 ms范围的飞行时间谱,对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验,验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。     

近年来原子核辐射探测器的若干新发展

本文介绍了最近三年来在原子核辐射探测器方面的若干新发展和新成就,其中包括半导体探测器、光敏计数管、火花计数器、闪烁计数器、气体契连科夫计数器、光电倍增管和电子倍增管、发光室、气体放电室等。对于上述探测器,叙述了基本原理、结构和性能特点。最后还归纳了对于探测器的一般的性能要求和作者对于发展探测器的意见。     

高压~4He气体闪烁体中子探测器的物理设计

高压4He气体闪烁体中子探测器是一种具有快响应、高n-γ甄别比和较高探测效率等特点的新型快中子探测器。本工作采用了蒙特卡罗方法研究了4He气体压强和几何尺寸对高压4He气体闪烁体中子探测器的性能影响规律,并开展了探测器结构的优化设计。研究结果表明,气压增大可线性增加中子本征探测效率;探测器长度增加会降低中子的探测效率;探测器管径增加会使中子探测效率提高。当气压取120 atm,长度和管径分别取200 mm和44 mm时,探测器对近裂变谱中子(平均能量1.05 Me V)的探测效率为4.28%,为后续探测器制备提供理论指导。     

气体电子倍增器(GEM)探测器

气体电子倍增器(GEM)作为一种新型气体电离室探测器,具有结构简单、性能卓越、兼容性强等优点,广泛应用于高能物理、核物理等多个领域。介绍了GEM探测器的原理、研究现状及发展应用。     

基于印刷线路板技术的复合气体探测器

将当前先进的PCB加工技术用于制作微条气体探测器(MSGC),并结合微电子加工技术制作电子倍增器(GEM),可以制作性能优越价格低廉的复合式位置灵敏探测器.论文从气体探测器工作原理出发,分析了各种类型气体探测器的优缺点,并根据当前国内的微电子加工技术,设计制作了MS-GC+ GEM复合式气体探测器.随着PCB精加工技术的进步,性能更优越可靠、更易加工的气体探测器很快将问世.