基于GEM的宇宙射线缪子探测系统

基础和应用基础研究辐射防护与环境保护263为了验证计算模式的正确性，将计算结果与已有的实验结果进行了比较，实验中使用的CR-39探测片几何尺寸同计算模型，蚀刻条件为80℃、25%NaOH 溶液，蚀刻时间5h ，该CR-39的实验数据由中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学研究所提供。比较结果列于表2。

表2

C R-39模拟计算与实验结果的比较刻度系数K/（cm －2（kBq h cm －3）－1）探测片计算值

实验值CR-39

4.00

5.46影响蒙卡计算正确性的主要因素有以下几个方面：1）探测片材料和密度、内充空气组分及压强的计算误差；2）源项推算方法及刻度系数计算方法的正确性；3）源项描述中222Rn 及其子体RaA （218Po ）和RaC ’（214Po ）所占径迹贡献份额的不确定性；4）蒙卡方法模拟计算的概率统计误差。

基于G EM 的宇宙射线缪子探测系统

庞洪超1，刘宏邦2，谢一冈2

（1.中国原子能科学研究院辐射安全研究所；2.中国科学院研究生院）

利用气体中电子在微孔内的雪崩效应使电子倍增的新型气体探测器GEM 于1997年在欧洲核子研究中心（CERN ）由F.Sauli 发明。与20世纪70、80年代发展的丝室相比它具有信号快、计数率高（可达106mm 2）、抗辐射、极限空间分辨率小至亚毫米级和多路读出方便等优点。本工作采用基于双层GEM 的探测器建立宇宙线

子径迹探测系统。通过本文研究，基于GEM 的探测器

可以实现对子径迹的观测。1宇宙射线子描迹仪系统

该系统主要由3个部分组成：探测器部分、前置放大器部分和数据采集部分，如图1所示。图2为该系统的实物图。

图1宇宙射线子描迹仪系统示意图

该系统采用上下两个GEM 探测器室以确定子的径迹，每个室的密封印制板电路上腐蚀出16个尺寸为9mm ×9mm 的金属片（pad ），其绝缘间隙为1mm ，作为阳极，并与16路电流前置放大器相连，3路输出电压信号（约几十V 量级）经过甄别、成形与移位寄存器后经数据线经由单片机进入。通过L 编写的虚拟仪器进行处理和显示。

2m PC abview

264中国原子能科学研究院年报2011

图2宇宙射线子描迹仪系统实物图

2G EM探测器室

GEM探测器室由阴极，阳极（收集极）以及位于两者之间具有一定厚度的GEM板组成，每一腔室由两层GEM板，结构如图3所示，其中GEM板厚度200m，孔径0.2mm，孔间距0.5mm，有效面积为5cm×5cm。实验所用的工作气体为Ar95%+iC4H105%混合气体。子与工作气体作用产生的气体原电离电子在漂移区的电场作用下漂进GEM板孔，在孔内的高场区倍增后，到达阳极，电子群在感应区中渡越，在阳极产生快速负信号并被收集。为获得子信号，漂移区厚度加深15mm增加原电离与利用双层GEM的高气体增益使以提高子信号-噪声比。渡越区和感应区深度均为2mm。

图3GEM探测器室结构

3实验结果

调节各级电位到适当气体增益，选定GEM各级电位V5=－3500V，V4=－2800V，V3=－2300V，V2=－1500V，V1=－1000V，V0经负载接地，两级GEM各加500V，相当于孔内电场为25kV/cm。气体流量60mL/min。开始换气流量为80mL/min，达到工作条件约需1h。

图4为系统运行680min，每分钟探测器探测到的子数。上层探测器的子平均计数率为每分钟26.6个，下层探测器的子平均计数率为每分钟17.0个，两层探测器的耦合平均计数率为每分钟2.8个。

4

图探测器每分钟探测到的子数