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TPC中Gating-GEM膜电子透过率的研究

作　者: 李婷
导　师: 李玉兰
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: GEM TPC 电子透过率 Gating
分类号: TL812.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 39次
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内容摘要


GEM探测器是一种新型的气体探测器,因其优越的特性被用作径迹探测器和成像探测器。基于GEM探测器读出的TPC的位置分辨、多径迹分辨等能够满足ILC实验的测量精度要求,是ILC实验中心径迹探测器的选择之一。GEM探测器有很好的正离子抑制,但仍存在正离子反馈问题。正离子从GEM探测器反馈到漂移区,由正离子引起的空间电荷效应会使得TPC漂移电场弯曲而影响电子在TPC中的漂移。在ILC-TPC的GEM端盖探测器的放大区之前设置一层Gating-GEM膜,通过正负脉冲电压转换实现门控的作用,关门时Gating-GEM膜阻挡正离子反馈回到漂移区。Gating-GEM膜在开门时对漂移区来的初级电离电子的通过效率是实现GEM膜作为ILC-TPC实验的门控方案的关键。如何提高GEM膜在较低电压差下的电子透过率成为ILC-TPC中门控方案选择的研究重点。论文中给出了电子透过率的定义,从作用过程上将电子通过GEM膜的孔的过程分为收集过程和抽取过程,分别对应给出收集效率和抽取效率的定义。在理论研究上,从通量的角度给出了收集效率和抽取效率的公式。在模拟上对Gating-GEM膜电子透过率的研究主要使用Maxwell、Garfield两个软件。Maxwell用于计算静电场分布,Garfield则用于计算电子在气体中的特性和电子在气体中的输运过程。两种软件的联合使用,可以得到GEM膜的孔内及孔附近的细致的电场结构和电子在GEM膜的孔中的传输过程。实验的验证方法有电流测量方法和能谱方法。本论文主要在模拟上对GEM膜的电子透过率进行研究。分析混合气体成分、GEM膜几何结构、漂移电场和传输电场三方面因素,对低电压差下GEM膜的电子透过率的影响,提出通过优化设计Gating-GEM膜的工作参数的方案来提高它的电子透过率。模拟计算证明最好的情况下GEM膜电子透过率可以达到为80%。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 引言  8-20
  1.1 课题背景  8-10
    1.1.1 ILC 简介  8
    1.1.2 ILC 探测器设计  8-10
  1.2 GEM-TPC  10-13
    1.2.1 GEM 探测器  10-12
    1.2.2 GEM-TPC  12-13
  1.3 正离子反馈.  13-15
    1.3.1 正离子来源  13-14
    1.3.2 正离子反馈影响  14-15
    1.3.3 正离子反馈改善  15
  1.4 ILC 门控  15-19
    1.4.1 ILC 束流的时间结构  15-17
    1.4.2 ILC-TPC 的门控方案  17-18
    1.4.3 ILC-TPC 对电子透过率的要求  18-19
  1.5 本文研究的主要内容和主要贡献  19-20
    1.5.1 研究主要内容  19
    1.5.2 本文的主要贡献  19-20
第2章 电子透过率.  20-24
  2.1 电子透过率的定义  20
  2.2 电子透过率的通量研究  20-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章 电子透过率的模拟方法  24-36
  3.1 模拟软件简介  24-27
    3.1.1 Maxwell 3D  24-26
    3.1.2 Garfield  26-27
  3.2 GEM 模型的模拟过程  27-34
    3.2.1 建立模型  27-28
    3.2.2 参数设置及计算  28-29
    3.2.3 结果分析  29-31
    3.2.4 气体计算  31-32
    3.2.5 模型读入  32-33
    3.2.6 电子传输过程  33-34
    3.2.7 结果分析  34
  3.3 本章小结  34-36
第4章 电子透过率的影响因素  36-45
  4.1 模拟计算  36-44
    4.1.1 气体成分的影响  36-39
    4.1.2 几何结构的影响  39-41
    4.1.3 漂移电场和传输电场的影响  41-44
  4.2 本章小结  44-45
第5章 电子透过率的实验方法  45-48
  5.1 电流测量方法  45-46
  5.2 能谱测量方法  46-47
  5.3 本章小结  47-48
第6章 结论  48-50
  6.1 研究总结  48
  6.2 需进一步开展的工作.  48-50
参考文献  50-53
致谢  53-54
附录A  54-57
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  57

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中图分类: > 工业技术 > 原子能技术 > 粒子探测技术、辐射探测技术与核仪器仪表 > 辐射探测技术和仪器仪表 > 闪烁探测技术和仪器 > 气体闪烁体
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