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长条形读出多气隙阻性板室的性能研究

作　者: 陈黄山
导　师: 王义
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: RPC MTD 静电补偿信号传输模拟
分类号: TL81
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 7次
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内容摘要

STAR计划使用LMRPC(Long-strip Multi-gap Resistive Plate Chamber)建造新型μ子探测器(MTD)。我们为此研制了6-气隙LMRPC探测器和5-气隙LMRPC探测器。6-气隙LMRPC探测器在宇宙线测试中可以达到接近100%的效率，时间分辨率为75ps左右，在IHEP的束流测试中效率可以达到100%，时间分辨率在70ps左右。该探测器的读出条与读出条之间以及读出条上个点都有很好的一致性，噪声水平也很低。为了降低探测器的标准工作电压，我们研发了5-气隙LMRPC探测器。5-气隙LMRPC探测器在宇宙线测试中效率在98%左右，时间在90ps-110ps之间。它的读出条与读出条之间也有很好的一致性，噪声水平也很低。论文对LMRPC的制作工艺进行了深入研究，对比了使用双面胶和硅胶与不使用双面胶和硅胶两种工艺制作的探测器性能差别。同时研究了气隙宽度的细微差别所导致的探测器性能差别，得到了重要的实验结果，为LMRPC的优化设计提供了依据。我们提出了“感应+传输”模型来进行LMRPC的模拟，该模型将探测器的读出条描述为传输线，直接对信号波形进行模拟。论文给出了在不考虑损耗的情况下信号传输的传输线问题的解，并在此基础上卷积损耗项来引入损耗的影响。在不考虑损耗情况下，模拟的结果可以很好地描述实验测量结果，但是在一些信号传输参数上的描述和实验测量结果有一定的差异，这种差异在引入损耗之后基本消失。我们提出了“静电补偿”(electrostatic compensation)的思想，在“静电补偿”状态下探测器的信号传输的弥散消失，传输因子最大，串扰水平最小。在实验测量中我们观察到了“静电补偿”状态下并得到了模拟的验证。我们还给出了5-读出条系统信号传输问题的近似解，用于快速计算和模拟。对STAR-MTD LMRPC探测器的实验测量和模拟表明，该模型可以在读出条的带宽内很好地模拟实际LMRPC探测器的信号传输特性，为LMRPC的信号传输机理研究及探测器优化设计奠定了基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
主要符号对照表  8-9
第1章引言  9-16
  1.1 物理背景  9-14
  1.2 文献综述  14-15
  1.3 论文主要内容和结构安排  15-16
第2章 MRPC 探测器介绍  16-21
  2.1 概述  16
  2.2 MRPC 的发展历史  16-18
    2.2.1 平行板电离室(Parallel Plate Chamber, PPC)  16-17
    2.2.2 阻性板室(Resistive Plate Chamber, RPC)  17-18
    2.2.3 多气隙阻性板室(Multi-gap Resistive Plate Chamber, MRPC)  18
  2.3 MRPC 的基本结构  18-19
  2.4 MRPC 的工作原理  19-21
第3章 STAR-MTD LMRPC 探测器的研发  21-51
  3.1 概述  21
  3.2 6-气隙 LMRPC 探测器  21-34
    3.2.1 6 -气隙 LMRPC 探测器的结构  21-22
    3.2.2 宇宙线测试系统  22-25
    3.2.3 宇宙线测试  25-28
    3.2.4 IHEP 束流测试  28-34
  3.3 5-气隙 LMRPC 探测器  34-38
  3.4 两种不同的制作工艺对 LMRPC 探测器性能的影响  38-42
  3.5 气隙宽度对 LMRPC 性能的影响  42-43
  3.6 新宇宙线测试系统的研制  43-47
  3.7 STAR-MTD 的批量生产  47-49
  3.8 总结  49-51
第4章 LMRPC 探测器信号传输的模拟与测量  51-87
  4.1 概述  51
  4.2 RPC 传统模拟方法和“感应+传输”模型  51-52
  4.3 LMRPC 探测器的读出条的无损传输线问题  52-56
  4.4 静电补偿和串扰最小化  56-57
  4.5 实验测量  57-62
    4.5.1 实验测量系统介绍  58-59
    4.5.2 2-读出条结构实验测量结果  59-62
  4.6 2-读出条无损传输线模型的频域响应  62-64
  4.7 系统的损耗  64-69
  4.8 N-读出条系统的情况  69-74
  4.9 对实际探测器的测量和模拟  74-81
  4.10 讨论与补充  81-84
  4.11 总结  84-87
第5章结论  87-90
参考文献  90-92
致谢  92-94
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  94

长条形读出多气隙阻性板室的性能研究

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