气体探测器发展

到达收集平面的灵敏丝
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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
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11 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
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多漂移单元模块MDM
MDM (Multidrift Module)
常用液氩(LAr)
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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
无信号丝读出）
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。
磁场B=1.5T，与电场平行， 测动量，减小漂移电子的横 向扩散。
✓ 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
MWPC的局限性：
• 垂直阳极丝方向，空间分辨率有丝距（2mm）决定。 • 由于正离子收集时间长，计数率受到限制。
解决方法：
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
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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。
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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
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
对撞时间有关的外加脉 冲触发
0V
gated grid V=150V
4mm
anode
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五Βιβλιοθήκη Baidu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，
个大气压），有利于dE/dX的测量。 dE/dX 的能量分辨 3% 空间分辨
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
当L=0， =0 时，xy=160m 最小值 Z向空间分辨为 z =340m
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二、性能
• 空间分辨率：100m • 双径迹分辨： ~4mm，由管径决定 • 单元死时间： ~40ns • 机械性能好，不怕断丝 • 进一步减小管子的直径、增加长度是对制作工
艺的挑战。
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MWPC和漂移室是具有代表性的气体探测器。不仅在 粒子物理实验中得到广泛的应用，且在X射线晶体学、 生物医学和天体物理等领域发挥重要作用。
• 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）
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• 两者结合，给出带电粒子的三维坐标。
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。
1750 pads
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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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
Outer sector 6.2 × 19.5 mm pads
3940 pads
Inner sector 2.85 × 11.5 mm pads