论文部分内容阅读
Micromegas探测器(Micro Mesh Gaseous Structure)是上世纪九十年代中期由法国Saclay小组研制的一种平行板结构气体探测器。该探测器采用微网(Micro mesh,μm量级厚度)把灵敏区域分成不对称的两区:漂移区(drift gaps或conversion space,3-10mm)和放大区(amplification gaps,100μm量级)。工作时漂移区内的电子穿过微网到达放大区发生雪崩,并通过相应的电极进行信号收集。Micromegas探测器具有高计数率、高增益、良好的时间分辨和位置分辨、优良的抗辐照性能等一系列优点。另外,Micromegas探测器采用成熟的微电子技术和精细加工工艺,使其具有成本低廉、大灵敏面积而且读出方便等优点。这些优点使Micromegas探测器便于与不同转换体连用以达到不同探测目的。针对Micromegas探测器的工作性能,本文从两方面进行详细的分析和研究:物理特性模拟和研制测试。在模拟方面,用Ansoft Maxwell 3D电场计算软件与Garfield程序包相结合,对Micromegas探测器的物理性能进行模拟研究。主要包括以下几方面:利用Ansoft Maxwell模拟了三维电场分布情况;利用Garfield程序包不仅计算了Ar/CO2不同比例混合的气体条件下漂移速度,扩散系数等参数,还模拟了时间分辨、位置分辨等探测器的性能。这些模拟结果可以帮助我们深入了解Micromegas的工作原理,从而给实验提供了有益的参考。在研制过程中,探索了保持放大区间距均匀性的方法。由于采用鱼线作放大区的支柱,设计有刻度的支撑框架来布鱼线可保持鱼线等间距排列;根据微网和支撑框架的受热膨胀系数不同,我们采用在高温下粘贴微网电极以确保微网平面的平整性。在测试方面,围绕Micromegas探测器的工作性能,采用不同的微网进行实验研究。利用55Fe放射源(5mCi)对模型进行了基本性能测试:X射线全能峰(5.9keV)的最佳分辨是16.7%(镍微网)和20%(不锈钢金属网);在增益大于104时计数率坪长均达到150V,其坪斜低于10%/100V;位置分辨为80μm。另外还利用宇宙射线测试了时间分辨(≈20ns)和效率(97%)。从实验和模拟结果可以得出:放大区的间距均匀性决定了Micromegas探测器的工作特性。今后主要方向是研制大灵敏面积探测器的制作工艺,设计二维成像的读出电子学,并为下一步的中子成像实验做好充分准备。