原子核物理——气体探测器发展

e+e-对撞机的实验中的TPC有好的动量分辨及粒子鉴 别，双径迹分辨较差； 重离子实验中的TPC有好的双径迹分辨，一般也有好的 动量分辨，但粒子鉴别能力较差
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六、液体TPC

用液体代替气体作为带电粒子的探测介质有许多 优点。
气泡室、液氩电磁量能器


液体TPC具有良好的能量与空间分辨，像气泡室 一样，能给出电离径迹的三维成像。特别适合高 精度、大质量的应用与寻找稀有事例的实验中， 例如太阳中微子、质子衰变及双衰变等。 常用液氩(LAr)
阳极丝测dE/dX 部分阳极丝（空间丝）下面有 由感应片组成的阴极感应条。
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空间丝上带电粒子的径迹坐标就由丝上雪崩 在感应片上感应信号的重心所决定。 （100m）
•
• 漂移时间给出z向的位置。 （300m）
• 两者结合，给出带电粒子的三维坐标。
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二、PEP-4的高压TPC



圆柱半径1m，长2m。 圆柱中央有一加负高压 （-150kV）的电极将圆柱 分为左右对称的两半。 圆柱的两端面是栅丝平面、 阳极丝平面（包括灵敏丝和 场丝）和阴极感应平面。 磁场B=1.5T，与电场平行， 测动量，减小漂移电子的横 向扩散。
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四、STAR上的TPC


L=4.2m, D=4m 内外扇区阴极片尺寸不一样
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Outer and Inner Sectors of the Pad Plane
24 sectors (12 on a side) Large pads good dE/dx resolution in the Outer sector Small pads for good two track 60 cm resolution in the inner 190 cm sector
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屏蔽栅(Y) 感应平面(Y)由灵敏 丝（2根一组，相距 0.6mm）、屏蔽丝 构成 收集平面(X)给出另 一维坐标 屏蔽栅的存在，使得 在漂移电子未穿过栅 丝之前，不会在灵敏 丝上产生感应信号。 屏蔽栅平面对漂移电子100%透明的条件 E2/E1>1.4 E3/E1>3 电场线将在感应平面的灵敏丝之间通过而 到达收集平面的灵敏丝
2 2 2 xy A B L LM
eL sec c2eL cos tan 2
其中，L 为漂移距离，LM=1m 为最大漂移距离； 为带电粒子径迹与灵敏丝平面垂直方向的夹角； 为电子的俘获率； A 为电子学等效应引起的本征空间分辨率； B、 C 分别为L、 函数项的系数
对撞时间有关的外加脉 冲触发
gated grid V=150V
0V 4mm anode
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五、其它气体TPC

用于重离子固定靶实验。
规模较小；由于重离子碰撞中产生的很高的粒子径迹密度， 因此侧重点在双径迹分辨及次级顶点的重建。 • 密布的短丝（NA36，BNL810，无感应条读出） • 将阴极感应条平面分成大量的感应片（NA35，HISS， 无信号丝读出）
当L=0， =0 时，xy=160m
Z向空间分辨为 z =340m
最小值
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三、DELPHI的常压TPC




1个大气压 Ar（80%）+ CH4（20%）。 圆柱长2.66m。 圆柱中央有一加负高压 （-20kV）的电极将圆柱分 为左右对称的两半。 与电场平行磁场B=1.2T 每个端面分6个扇区，每个 扇区有192根灵敏丝， 阴极板有16圈感应片，每 圈相距4.5cm。每片面积 为52.5mm2 ，每圈的片数 从16到144片不等，但为 16的倍数。宽度不同
多漂移单元模块MDM
MDM (Multidrift Module)
顶点探测器位于最内部，维修难。不仅要求定位精度高和计数率限高， 还要求高可靠性、抗辐射性能强。
一、结构 • 单元：半径 1.5mm
1+6； 31m的不 锈钢丝性能最好 • 模块：70个单元包在 30mm的六角形碳纤 维管内。管子作为机械 支撑、气体密封。 • 每根径迹30次取样
Ea Eb X 1 1 X
2r d
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X


三维成像 每个事例2个二维平面成像： 漂移时间-感应丝、漂移时间-收集丝 12 被取样采集的电荷值表示为像素的黑度，越黑表示电荷值越高
宇宙线引起的簇射在收集面的成像
包含电磁簇射和强子簇射
小黑点由1MeV的光子形成
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气体探测器的新发展
来自百度文库
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时间投影室 TPC
TPC (Time Projection Chamber) 一、结构和工作原理
E和B方向平行且与阳极丝垂直
Lorentz力为0； 电离的径迹会因电子漂移中 的横向扩散而变宽，不过很 强的磁场会减小这种影响。 栅丝、阳极丝、场丝
栅丝的作用是使漂移场的电力线形 成一个漏斗形，将电离电子聚集到灵 敏丝上
每个端面分6个扇区，每个扇区有183根灵 敏丝，彼此平行且与半径方向垂直，丝距 4mm。其中15根丝彼此距离相等，下面有 7.5x7.5mm的感应片。 灵敏丝直径为20m，栅丝和场丝76 m
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Ar（80%）+ CH4（20%）。 PEP-4的TPC侧重于粒子鉴别，故充以高气压（8.5 个大气压），有利于dE/dX的测量。 dE/dX 的能量分辨 3% 空间分辨

Outer sector 6.2 × 19.5 mm pads 3940 pads
Inner sector 2.85 × 11.5 mm pads 1750 pads
70 Millions readout Channels
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增加“门”丝 以减小高计数率下的空 间电荷效应，加快正离 子收集
由与在TPC中心发生
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二、性能
• M=106 • 空间分辨率：65m
• 双径迹分辨 500-1000 m
• 纵向（沿丝）分辨率 0.9%丝长 • 计数率限 106m－2s－1 • 抗辐照性能好：0.5-1.0 A/cm，比通常 的MWPC好20倍 • 单元死时间30-40ns
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稻草管室STC
STC (Straw Tube Chamber) 一、结构 由4-6mm的圆柱形连 续阴极面代替几根阴极 丝限定的小单元。 阴极是铝化的Mylar或 Lexan膜，厚度30m， 并不引进更多的散射和 吸收 当丝断裂时可以起到很 好的隔离作用，也可较 好地消除噪声 长度可达几米，需中间 加支撑。