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近物所核探测器研制进展

近物所核探测器研制进展. 李占奎 李松林 段利敏 中国科学院近代物理研究所 传感器室. 主要内容. 2. 1. 2. 1. 3. 2. 4. 1. Click to add Title. Click to add Title. 晶体组工作. 气体探测器组工作. 固体探测器组工作. Click to add Title. 引言. Click to add Title. 一、引言.

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近物所核探测器研制进展

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Presentation Transcript

  1. 近物所核探测器研制进展 李占奎 李松林 段利敏 中国科学院近代物理研究所 传感器室

  2. 主要内容 2 1 2 1 3 2 4 1 Click to add Title Click to add Title 晶体组工作 气体探测器组工作 固体探测器组工作 Click to add Title 引言 Click to add Title 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  3. 一、引言 核辐射探测器是探究核物理领域的探针和工具。核科学研究向更大规模多参数的、全立体角的，以及极端条件下的弱信号和稀有事件等方向发展，这需要研发新一代的先进探测器（高位置分辨、低噪声、高通量等）。 国际上： LEP实验的ALEPH, DELPHI, BNL的STAR, LHC的ALICE GSI的PANDA, CBM,R3B … 国内： 高能所：BESIII 近物所：ETF，HPLUS … 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  4. 近物所加速器 North Building 2# SFC: several AMeV SSC: tens AMeV SSC SFC CSRe Building 6# CSRm External Target CSRm: 1.1 AGeV(12C6+), 2.8 GeV(p) CSRe: 0.76 AGeV (12C6+) Internal Target 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  5. 近物所CSR外靶终端 Internal Target 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  6. 二、气体组工作（段利敏） 两维测量平台 设备： 40m2洁净室，自动步丝机，2维测量平台，多组份配气系统，真空靶室，前端电子学和数据获取系统 洁净室 自动布丝机 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  7. 研制的气体探测器种类 电离室 PPAC MWDC MWPC Micromegas RETGEM 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  8. TPC的读出单元 微电子技术和光刻技术发展:MPGD（Micro Pattern Gas Detectors） Micromegas(1996), GEM(1997) Micromegas MWPC MPGD结构特点: 漂移区和放大区分割开; 放大区间隙~100µm量级; CAT，μCAT，μDOT，…… Microstrip Gas Chamber Gas Electron-Multiplier μgroove MSGC GEM …… 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  9. MWPC探测器 未加准直 准直 灵敏面积：500mm×200mm 55Fe X射线测试结果： 沿阳极丝方向分辨 FWHM＝450 m 垂直丝方向位置分辨 ±1mm 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  10. MWDC探测器 阳极采用了20m的W(Au)；阴极丝和场丝，采用了100m的Be-Cu丝(Be含量2％)。共6个阳极面，9个阴极面。 大面积多丝漂移室(MWDC)是为了对入射粒子进行鉴别并给出粒子动量。 MWDC适合的计数率比MWPC低，但其位置分辨较好(～250m)，因而作为带电粒子径迹探测器的首选。 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  11. MWDC探测器性能 CAMAC测量系统，前端电子学系统来自于BESII主漂移室。 漂移时间宽度约为100ns，探测效率在94%以上，其位置分辨约为210m 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  12. Micromegas探测器 ~mm E~1kV/cm 平纹不锈钢网 PCB板（条形读出） 300～600目不锈钢丝编织网制作Mesh电极 灵敏面积： 50×50mm2 鱼线支撑 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  13. Macromegas探测器性能 25% 55Fe 5.9keV X-射线能量 分辨(FWHM=25%) 有效增益与打火率与Mesh电压的关系 SFE16＋128ch HPTDC测量结果 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  14. σ~15ns 读出电极周期400 m ，位置分辨<120m 1、利用宇宙射线成功测试了Micromegas探测器的时间分辨（15ns）和效率（97%）。 2、利用55Fe 5.9keV X射线测试，全能光电峰的最佳能量分辨率为17%（镍膜）、25%（不锈钢网）；增益104。 3、有良好的位置准确性和线性，分辨为90μm。 读出电极周期200 m ，位置分辨~90m 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  15. Electrons Ions RETGEM探测器 Resistive Electrode Thick Gas Electron Multiplier 单层与双层RETGEM的结构 . PCB版 1mm厚，孔径 0.8mm, 孔间距1.2mm, 阻尼层30μm, 灵敏面积30×30mm2 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  16. RETGEM探测器的性能测试结果 单层RETGEM的能量分辨与打火率 单层RETGEM的能量分辨(FWHM=28%) 能量分辨~30%；增益~103 双层RETGEM的能量分辨(FWHM=25%)。 双层RETGEM的能量分辨与打火率 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  17. 三、晶体组工作（李松林） 实验室： CsI(Tl)晶体生长厂房、晶体加工抛光实验室、晶体提纯实验室；HgI晶体试生长 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  18. CSR外靶终端晶体墙 • CSR外靶终端晶体墙的工作。 • 16个环，1024根掺铊的碘化铯晶体，从2009年8月3日开始加工、抛光和测试，现已完成（整个球的1/6）。 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  19. CsI(Tl)晶体单元测试方案 光输出端 快速测试 实验终端 包装方案：Teflon+Al-mylar ESR 耦合方式：空气耦合 硅油 PMT: R7724 APD 要求：能量分辨应小于10% (Er<10%) 非均匀性测试低于7% (U≦7%) 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  20. CsI(Tl)单元测试：晶体合格率达94% 均匀性 能量分辨 能量分辨 APD测量应好于9% 均匀性 APD测量应好于7% 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  21. 新晶体的研究 • 不同铊掺杂比的碘化铯晶体 ： 光电倍增管测量的结果 误差棒表示能量分辨 • 低本底CsI晶体：地下实验室暗物质测量，送清华大学测量，结果期待中。 • HgI晶体和氯化镧、溴化镧晶体试生长 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  22. 四、固体探测器组工作（李占奎） 实验室： 微电子工艺实验室； Si(Li)漂移探测器实验室； 金硅面垒探测器实验室；实验靶制备及镀膜实验室。 离子注入型硅条探测器 金硅面垒 锂漂移硅探测器 P-I-N型 P-N结型 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  23. 工艺实验室布局 100 23m2 10,000 120m2 100,000 80m2 Periphery 180m2 Clothes Purging UV-Litho Air conditioner Test Bench Power Shoes Oxidation Vacuum Eaton Power Coating Anneal Water cooling system Compressed Air Gases 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  24. 工艺实验室主要设备 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  25. 厚耗尽层Si探测器的研制 Si(Li)：207Bi内转换电子谱 耗尽层厚度受Si材料电阻率ρ和工作电压的限制，一般不超过1~1.5毫米。 • Si(Li)探测器：Li离子漂移到P型Si 片内部并处于替代位置而进行补偿，形成准本征硅材料（I）区，其电阻率可达100KΩ•cm以上。这样在较低的偏压下，可得到厚的耗尽层。 我所：灵敏层厚度为3.5 ～5 mm,工作偏压200 ～ 300V（卫星项目） • 利用“叠层”结构获得厚耗尽层：将若干个用平面工艺+离子注入形成的探测器叠加起来，耗尽层随之增大。 4mm叠层：207Bi内转换电子谱 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  26. 硅微条探测器研制 • 与北大合作，已联合研制了下列三种硅条探测器（北大生产线上） • 在近物所微电子工艺实验室生产线上还在研制阶段 单面Si 条探测器 单面Si 条两维位置灵敏探测器 双面Si 条两维位置灵敏探测器 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

  27. 谢谢！ 欢迎指导！ 第十五届全国核电子学与核探测技术年会

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