三级GEM气体探测器性能的实验研究

GEM探测器是一种新型微型气体探测器(Micro-Pattern Gas Detector), 在粒子物理实验及低能X射线成像系统中有着较大的应用前景. 文章研制了一种适用于低能X射线成像和带电粒子径迹测量的三级GEM气体探测器. 使用放射源⁵⁵Fe对其气体放大特性、电荷传输效率及能量分辨本领等性能进行了实验研究, 重点研究了传输区电场对气体有效增益和能量分辨本领的影响. 实验结果表明, 三级GEM探测器的暗电流和噪声较小, 有效增益能够达到10⁵以上并稳定地工作, 对5.9keV的X射线能量分辨率可达24%, 传输区电场强度大于3000V/(cm.atm)时, 能量分辨率基本稳定在30%左右.     

一台高计数率GEM X射线成像装置原型

研制一种新型的三层级联倍增GEM气体探测器,其有效增益达到10⁵,用于高亮度X射线成像.设计和制作了的精密的微条读出和信号引出方法,采用高速SCSI接口的机箱控制器及计算机控制系统,用于该探测器的射线定位测量,在此基础上建立了一台GEM-X射线成像装置原型.实验结果显示：在X射线强度为10⁵Hz/mm,其增益稳定性<1%,位置分辨<100μm,并获得了清晰的两维图像.     

三级GEM的性能及多路成像的实验研究

报道研制的三级气体电子倍增器(Triple-GEM)的性能及多路成像的研究结果. 实验测得三级GEM对⁵⁵Fe 5.9keV X射线全能光电峰的最佳能量分辨率为20.2%; 有效增益≥10⁴. 利用96路8mm×8mm的pad及电子数字系统成功实现多路成像.     

微间隙室的研制

研制成功了微间隙室,在阳极电压380V时获得气体增益～500,对⁵⁵Fe 5.9keV的X射线的能量分辨率达～14%(FWHM).     

基于复合结构的气体电子倍增器增益模拟和实验研究

气体电子倍增器(GEM)作为高性能的微结构气体探测器在高能物理相关领域内得到了广泛的研究和应用.其中增益是GEM探测器基本性能研究中的一个重要参数,该值的精确测量至关重要.增益的测量一般采用电流测量或者能谱测量方法,但均存在精度较低或者过程繁琐的问题,且无法精确测量低增益值.针对GEM探测器增益的精确测量,本文提出了一种由GEM探测器与微网结构气体探测器(MM)级联构成的复合结构探测器(GEM-MM).利用GEM-MM结构以相对方法实现GEM增益的精确测量.该方法既可以省去传统方法中复杂的电子学标定过程,同时不需要进行原初电离电子数的估算,保证了增益的精确测量,并且可以实现GEM低增益的测量.基于GEM-MM测量GEM增益的原理,本文首先对GEM-MM电荷输运过程进行了模拟研究,优化了合适的工作电压.比较了三种不同类型和配比工作气体下GEM增益模拟结果,并在Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中测量了单层GEM在3—24范围内的有效增益.不同Penning系数下GEM增益的模拟结果表明,Penning系数为0.32时GEM增益的模拟结果与实验测量结果符合得很好.由此可以确定一个大气压下的Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中,Penning系数为0.32±0.01.     

高增益型气体电子倍增微网结构探测器的性能研究

随着微结构气体探测器的不断发展, 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⁵⁵Fe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30 h 以上, 探测器增益可以超过10⁶, 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： 微网结构气体探测器 能量分辨率 增益 打火率     

三级GEM探测器的增益一致性实验研究

随着二维GEM气体探测器在X射线成像探测领域的应用, 三级GEM的探测结构和电场均匀性带来的增益一致性修正问题, 成为需要深入研究的课题内容。 介绍了有效探测面积为100 mm×100 mm的三级倍增GEM探测器, 共采用100路阵列读出, 每路读出Pad面积为9.5 mm×9.5 mm。 测量了55Fe放射源准直入射的全能峰谱。 实验表明, 随着时间的变化, 探测器的增益基本上保持稳定; 随气流的增大, 增益由变化明显到变化不大。 GEM探测器各个阵列单元的增益一致性良好（>80%）; 能量分辨率在0.18～0.22之间, 运用最小二乘法拟合给出增益一致性的修正结果, 修正后相差约0.1, 为GEM气体探测器的增益一致性修正方法提供了参考方案。 With the application of the two dimensional GEM gaseous detector in X ray imaging, the correction method of gain uniformity caused by triple GEM avalanche structures and electric field uniformity should be studied. The paper reported the study of the triple GEM detector with effective area 100 mm×100 mm used the Pad’s size of 9.5 mm×9.5 mm. In the test, 100 readout channels were designed. Results showed that gain remained stable over time; as air flow increases, gain from increases obviously to changes very little. Particularly, triple GEM’s gain uniformity was very good (more than 80%) and the range of energy resolution was from 0.18 to 0.22. To improve gain consistency of results, the difference value revised was obtained to be about 0.1 by the least square method. It provided a better method to improve gain uniformity of GEM detector.     

基于GEM读出的TPC工作气体的研究

针对TPC中对于电子漂移的要求, 结合Garfield软件, 研究了我们所研制的TPC原型所用的工作气体. 分析了不同气体对于电子漂移的寿命、漂移速度、横向和纵向扩散, 以及电离特性等参数的影响; 结合分析论证, 得到了以Ar, CH₄和CF₄为主要成分的气体作为工作气体时TPC的性能指标. 并且测试了该气体中的读出GEM探测器的能量分辨率、气体增益等性能参数, 获得了很好的结果.     

高功率微波介质击穿中X射线和紫外线的初步诊断

 研制了一套宽光谱探测系统,该系统包括紫外成像探测器和X射线成像探测器两个工作单元。利用该系统对高功率微波（HPM）源运行及聚四氟乙烯介质窗受微波场作用而发生击穿时实验环境中的紫外线和X射线进行了初步诊断。结果表明：HPM源运行参数为重复频率100 Hz,运行时间5 s,介质窗未发生击穿时,微波源二极管区产生的X射线剂量为9.28×10²～1.64×10³ Gy,介质窗发生击穿时,环境中X射线剂量为5.38×10²～1.09×10³ Gy;随着微波脉冲重复频率和运行时间的增加,产生的X射线剂量明显增加。此外,利用该系统证实了实验环境中紫外线的存在。     

相对论电子束在角向磁场中产生硬X射线的实验研究

 在闪光二号加速器上用相对论电子束在低压气体和角向磁场中传输打靶的方法，进行了硬X射线产生的实验研究。在47cm传输距离上，电子束与钽靶作用，获得了面积积分剂量率为2.1×10¹⁰Gy·cm²/s的硬X射线辐射（能谱范围为20～120keV），在总的辐照面积上(4π方向)面积积分剂量达1 843Gy·cm²，X射线转换率达到108Gy·cm²/kJ。