TPC中Gating-GEM膜电子透过率的研究

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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%。
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