博士论文-LM与THGEM探测器研究及CsI(Na)晶体性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 章爱武 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吕军光 |
| 关键词 | 厚气体电子倍增器 微针 CsI光阴极 CsI(Na)晶体 暗物质 WIMP |
| 学位专业 | 粒子物理与原子核物理 |
| 中文摘要 | 近20多年来，微结构气体探测器（MPGD）经历了很多的发展。其中比较成功的一种就是厚气体电子倍增探测器（Thick Gaseous Electron Multiplier，THGEM），它具有极好的抗打火性能、制作简单且易于大面积制作、价格低廉、增益较高，因此人们对它有很多很细致的研究，也取得了多方面的应用。另外有一类微结构的探测器，其结构新颖，如微针（Leak Microstructure，LM），它利用针尖的强电场，在气体中可以获得极大的增益，能够在不使用电子学放大的情况下直接读取信号，一旦研究成功，将是一种非常有发展前景的气体探测器。本文首先对LM和THGEM这两种探测器进行了细致的研究。LM探测器利用极细针尖产生极强的电场，因而可以获得极高的探测器增益。其关键在于选用具有很细针尖的钨针，市场上买到的钨针形貌差异大且成本高，本文首次利用电化学工艺在实验室自制了形貌一致性好的钨针，利用自制的钨针，研究了单针单元的性能，并制作了5×5针阵列进行研究。实验表明LM能够工作在正比和流光两种模式；进入流光模式不使用放大器即能观察信号，增益估算高于105。因此LM是一种非常独特的探测器，有可能避开电子学放大的瓶颈而获得广泛的应用。另外，为了结合目前国际上液氙/液氩进行WIMP暗物质探测的方向，本文尝试利用LM探测器在液氩中进行雪崩电子的测量，以期望LM探测器在这些前沿领域能够有突破性的应用。; THGEM探测器是在双面覆铜的PCB板上先钻孔，然后经过蚀刻工艺使孔边沿露出较小的绝缘环（rim），这种结构在国内的PCB工厂就可以完成，但由于工厂的固有公差，所加工的绝缘环与孔心的偏差较大，不利于探测器的工作。为此，本文发展了一种化学腐蚀的方法进行制作，即工厂制作PCB时不做蚀刻，而由我们在实验室进行化学处理，以形成约10 的rim，这种THGEM即为mini-rim型，另外，我们将工艺稍作修改，也可以制作出约40 的rim。目前我们制作的能稳定工作的THGEM探测器面积有5×5cm2、10×10cm2和20×20cm2；双层THGEM在Ar/isobutane混合气中可以获得高于104增益和好于20%的能量分辨（55Fe 5.9keV的X射线），在Ne/CH4混合气体中增益更高达105。这种THGEM探测器的良好性能，能够满足很多领域的应用需求。本文尝试了THGEM探测器和CsI光阴极相结合的研究，重点研究了CsI光阴极膜的镀膜、量子效率的测量、及量子效率和表面形貌受空气湿度的影响。其中量子效率的测量在北京正负电子对撞机/北京同步辐射国家实验室的紫外站进行。本文最后一部分研究了CsI(Na)晶体的发光性能及对于γ/α的鉴别能力。在研究中发现CsI(Na)晶体表面潮解会失去粒子鉴别能力，为此，本文采取乙二醇/乙醇混合液浸泡，再在高真空中高温加热的方法，能够很好去掉表面效应的影响。CsI(Na)晶体的性能表明该晶体在暗物质粒子WIMP的直接探测中具有较大的优势，因此，本文进一步验证了高能物理研究所提出的晶体测量暗物质的创新方案。 |
| 学科主题 | 粒子物理与原子核物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209829]  |
| 专题 | 实验物理中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 章爱武. 博士论文-LM与THGEM探测器研究及CsI(Na)晶体性能研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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