气体电子倍增器(GEM)聚酰亚胺膜结构的研制

气体电子倍增器(GEM, Gas Electron Multiplier)是近些年发展的一种新的气体探测器, 具有计数率和位置分辨率高等优点, 在粒子物理和X光成像等领域有着广泛的应用前景, 近些年来得到了很快的发展. 该探测器发展的关键问题之一就是GEM膜结构的制造, 该结构需要利用光刻等多项技术来完成, 工艺复杂, 研制困难. 本文介绍了开发GEM膜结构的研究结果, 通过干法和湿法腐蚀的研究和对比, 优化出GEM膜结构制造的一种工艺过程, 并利用该工艺成功完成了~GEM~膜结构的制造, 为国内GEM气体探测器的研究和应用奠定了基础.     

微结构气体探测器及其应用

 20 世纪70 年代以来,气体粒子探测器得到很大发展。微结构气体探测器(Micro-Pattern Gas Detector,简称MPGD)目前已成为国际气体探测器研究的热点,在高能物理实验中获得新的应用,并广泛应用于高能物理、核探测和国民经济诸方面。     

超导薄膜粒子探测器

 在核物理与粒子物理学中,探测一种粒子或辐射,要靠它们与物质的相互作用,并且通常用物理的方法验证这种作用.如果以相互作用机制来分类,探测器大致有下列几种:粒子在物质中直接或间接产生电离.很多探测器都利用这种机制.例如,直接收集电离粒子的电离室,经过气体放大的多丝室;测量经迹的泡室,测量能量的液氩室;核乳胶及半导体探测器等.粒子穿过介质时,使介质中的原子或分子激发.收集退激发放出的光,构成了另一大类探测器.例如,广泛应用的气体.液体、固体闪烁计数器,都利用了这种机制.电子或光子通过物质而相互转化.利用这种机制的探测器有电磁簇射计数器、微通道计数器等.     

中能重离子反应中的多单元轻粒子阵列探测器

本文描述了一个能在中能(10—100MeV/u)重离子核反应测量中鉴别轻粒子、测量粒子多重性,并能给出轻粒子能量和位置信息的大立体角(θ:5°—20°,φ0°—360°)、多单元(36单元)阵列探测器.初步调试结果表明该探测器对轻粒子(p、α等)有较好的分辨.     

第一代伴随粒子靶管的研制

研究伴随粒子成像技术(API),就必须研制带有伴随粒子探测器的伴随粒子靶管,因而对D-T反应及其产物中子与α粒子的关系、伴随α粒子探测器及其输出电路等关键技术进行了研究。综合考虑不同类型的D-T中子发生器,制作了一个相对可靠、安全的D-T中子发生器。通过实验测试了多阳极光电倍增管(PSPMT)及其两种输出电路的性能,证明了SCDC输出电路路具有比DPC输出电更小的畸变和更高的位置分辨。实验验证了第一代带伴随粒子探测器的伴随粒子靶管的设计方案的可行性,测得伴随α粒子与中子在时间和位置上的关联,中子角度不确定度为7°,与理论相符。     

一种新型的大量程探测器望远镜

本文描述一个大量程粒子望远镜.它由一个平行板雪崩探测器(PPAC),一个电离室(IC)及一个光迭层探测器(phoswich)组合而成.它适合于很宽能区内轻粒子和重碎片的测量.该探测器在近代物理研究所1.7米迴旋加速器上用96MeV ¹⁶O+⁵¹V反应中30°方向上的产物进行了调试,测量结果表明,电离室和Phoswich构成的望远镜对电荷数Z>2的粒子给出了极好的分辨(¹⁶O的Z分辨达到5%);Phoswich本身对H、d、t、α等轻粒子也给出了相当好的分辨.     

用于中能重离子反应测量的塑料闪烁探测器阵列

描述了用于中能(10-100MeV/u)重离子核反应前角度(5°≤θ≤20°)测量的36单元phoswich闪烁探测器阵列.每个phoswich探测器单元由1mm厚的快塑料闪烁体NE102A和100mm厚的慢塑料闪烁体NE115组成,用传统的快、慢门控制的QDC积分方法,对Z=1-20范围的碎片得到了好的粒子鉴别,其粒子分辨能力Z/△Z～45.     

双维位置灵敏CsI(Tl)探测器

描述了一种双维位置灵敏CsI(Tl)探测器.用3组分α源测量该探测器得到的位置分辨为0.81mm(FWHM),对于69MeV/u ³⁶Ar能量分辨为0.9％(FWHM).在RIBLL的ΔE-E粒子鉴别望远镜中常常作为E探测器.由于CsI(Tl)晶体对不同的粒子的能损-光输出的非线性,需要针对不同离子对CsI探测器作能量-光输出校正曲线.     

JLab Hall-A上小角度GDH实验中的粒子鉴别及其效率

在JLab的A大厅上的小角度GDH实验中, 因为散射截面及截面不对称度的测量需要干净的电子样本和足够的事例统计, 径迹在簇射量能器和气体阈契仑柯夫探测器理的信息被用来完成粒子鉴别的任务. 通过优化粒子在两种探测器里的信息筛选条件, 可以得到较高的电子接收效率和π的去除能力. 因为探测器的分辨能力与粒子的动量等运动学参量有关, 所以对于不同的数据的粒子鉴别条件分别进行了优化, 并得到了对应的电子接收效率和π的去除能力.     

在大型强子对撞机上的CMS实验

LHC(large hadron collider)是目前世界上能量最高的强子对撞机.CMS(compact muon solenoid,中文译名是紧凑型缪子螺线管探测器)是LHC上的主要实验计划之一,其目标就是要寻找Higgs粒子或者超出标准模型的其他新粒子,探清自然界的电弱破缺机制,以及寻找暗物质.CMS实验位于高能量和高亮度的最前沿,是21世纪初人类认识微观世界最重要的物理实验之一.中国参加了这项国际合作,制作了部分μ子探测器、磁铁支架、电子学和地板等,目前转入物理研究工作,争取在物理研究中作出有显示度的贡献.文章简要介绍了CMS探测器以及CMS实验的目标和意义.     

激光多普勒测速精度分析

激光多普勒测速（ＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＶｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）以其高精度、使用方便而在速度测试领域得到广泛的应用。人们也因此而忽视了对影响其测试精度的因素进行系统的分析。为此,本文主要对影响激光多普勒测速精度的因素作了具体分析。主要分析了有限渡越时间、测控体中的示踪粒子、光电探测器、激光束定位等因素,并提出了在具体实验时的注意事项。     

α粒子在塑料探测器中的能量响应

在重离子核反应机制研究的实验中,我们用一个总覆盖角为θ_L±20°,φ_L±9°由20个快慢塑料闪烁体单元构成的ΛE-E确良Phoswich探测器系统对重离子反应中前方向出射的轻带电粒子进行了测量,并利用从加速器引出的α束流,在不同厚度的铝箔中降能后,对该探测器系统进行了能量刻度.借助一个简单的关系式成功地拟合了我们的数据.得到的α粒子能谱与硅探测器望远镜测得的α粒子能谱符合得很好.     

PPAC在单粒子效应地面模拟实验中对束流均匀度测量的应用

单粒子效应(SEE)加速器地面模拟需要离子束具有较好的均匀度,针对回旋加速器单粒子效应模拟的束流特点,建立了一套以位置灵敏平行板雪崩探测器(Parallel Plate Avalanche Counter,PPAC)为基础的均匀度探测系统并完成了带束测试,对它的结构、工作原理、均匀度获得方法及带束测试结果进行描述。为验证PPAC测量结果准确性,在带束测试过程中,前方同时放置PET膜测量穿过PPAC探测器的粒子分布,与离子径迹测量结果对比,给出PPAC的均匀度的测量误差在5%之内。探测器具有50 mm×50 mm的灵敏面积和小于1 mm的位置分辨,符合单粒子效应实验对束流均匀度测量的要求。     

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     

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.     

新型MSM结构砷化镓半导体探测器的性能

研究一种新型双金属接触GaAs半导体探测器的性能,测量了²⁴¹Am 5.48MeVα粒子、⁵⁷Co 122keV的光子和⁹⁰Sr 2.27MeVβ粒子的最小电离粒子谱,比较了一个3×3mm²的GaAs芯片在经过¹³⁷Cs 662keV光子约1300rad辐照前后的电荷收集效率和能量分辨率.测量结果显示这种新型金属─半导体─金属(MSM)结构的半导体探测器不仅在室温下对各种粒子具有良好的探测能力,而且具有很好的抗辐照性能.     

CsI(Tl)闪烁探测器用于粒子鉴别

根据CsI(Tl)晶体产生的闪烁光脉冲具有快、慢两种成份这一特性,采用电荷灵敏ADC对快、慢成份分别积分的方法,仅用一块CsI(Tl)晶体实现了对轻粒子p、d、α和Li的鉴别与测量,且得到了好的粒子分辨本领.另外,用CsI(Tl)晶体与Si半导体组成的ΔE-E望远镜也很好地实现了对轻粒子的鉴别.     

μ子寿命测量实验

根据粒子的平均寿命测量原理,采用大面积塑料闪烁探测器和可编程逻辑器件设计了宇宙线μ子寿命测量的实验教学装置,使用该装置可实现对宇宙μ子寿命的直接测量.通过该实验,可使学生对高能物理理论、高能粒子探测器、高能粒子探测技术和数据获取、处理有整体的理解和认识.本文从实验教学内容和教学方法上对μ子寿命测量实验进行了探讨.     

气体探测器中的自淬灭流光放电

 气体探测器是高能物理实验中广泛使用的探测器类型.自淬灭流光放电(Self-Quenching StreamerDischarge)是气体探测器中经常采用的模式(简称为SQS-模式).流光放电早在本世纪40年代前后,就有实验和理论研究.但到70年代后才发现自淬灭流光放电,并在高能物理实验领域受到广泛重视.20余年来,世界上各个高能物理实验室纷纷投入相当大的力量开展这方面的研究工作,使得SQS-模式的气体探测器在高能物理实验中发挥了很大作用.但由于SQS-放电现象的复杂性,至今这方面的实验和理论研究仍在不间断地继续进行中.     

探索两个世界的分界线

据2008年9月27日美国Science News报道:9月3日费米实验室的Dzero探测器发言人DmitriDenisov宣布,他们发现了一个由底夸克和围绕着它旋转的两个奇异夸克组成的奇异粒子,该粒子被命名为Ωb-(Omega-b-minus).这是继1964.年发现由3个奇异夸克组成的奇异粒子后,又一个符合粒子物理标准模型所预见的粒子.美国斯坦福直线加速器中心的物理学家Michael Peskin誉此发现为装饰在美妙理论桂冠上的又一根羽毛.