采用四角讀出的位置靈敏MicroMegas探測器研制.pdf

1、環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)(CEPC)是由中國粒子物理學(xué)家們提出的新一代大型正負(fù)電子對撞機(jī)項(xiàng)目，其主要物理目標(biāo)是在高亮度的正負(fù)電子對撞中對希格斯(Higgs)粒子以及其他標(biāo)準(zhǔn)模型粒子（比如Z玻色子）和過程進(jìn)行精確測量，以及探尋超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理現(xiàn)象。其中，基于Z玻色子的很多測量要求探測器譜儀具有好的強(qiáng)子鑒別（主要是κ與π的鑒別）能力。
　　環(huán)像契倫科夫探測器(RICH)因其具有動(dòng)量響應(yīng)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，在高能物理實(shí)驗(yàn)中作為強(qiáng)子鑒別探測器得到

2、廣泛應(yīng)用，也成為CEPC實(shí)驗(yàn)上強(qiáng)子鑒別的重要技術(shù)選項(xiàng)。RICH通過探測契侖科夫光對強(qiáng)子進(jìn)行鑒別，相應(yīng)地，光探測器是RICH的關(guān)鍵部件。CEPC實(shí)驗(yàn)上的RICH(CEPC-RICH)對光探測器的要求為:極大的探測面積、單光子靈敏、較好的位置分辨和較高的計(jì)數(shù)率能力，研制滿足以上要求的光探測器也成為CEPC-RICH研發(fā)的關(guān)鍵。微結(jié)構(gòu)氣體探測器有著高計(jì)數(shù)率能力、好的位置分辨、低的光子和離子反饋率、并能大面積制作，采用合適的結(jié)構(gòu)并結(jié)合適當(dāng)?shù)墓怆?/p>

3、轉(zhuǎn)換層，可以成為CEPC-RICH的理想光探測器。本論文提出采用由MicroMegas和THGEM組合而成的混合型微結(jié)構(gòu)氣體探測器作為CEPC-RICH的光靈敏探測器，并在此技術(shù)路線下對CEPC-RICH開展了多項(xiàng)模擬和實(shí)驗(yàn)研究。
　　為實(shí)現(xiàn)小于1GeV/c到40GeV/c粒子鑒別，CEPC-RICH的初步設(shè)計(jì)方案考慮使用液（固）相RICH和氣相RICH的混合結(jié)構(gòu)。模擬工作針對氣相RICH展開。通過GEANT4工具包對氣相RICH

4、進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明:氣相RICH在合適的輻射體和足夠好的光探測位置分辨（＜500μm）下可以區(qū)分動(dòng)量高達(dá)40GeV/c的κ和π粒子，從而滿足CEPC實(shí)驗(yàn)要求。在此基礎(chǔ)上，針對MicroMegas和THGEM混合型光探測器方案，研究了一種采用四角讀出的阻性MicroMegas探測器。采用熱粘接工藝制作了MicroMegas的放大區(qū)部分，在制作過程中，通過應(yīng)用水溶膜和激光切割新方法，提升了探測器放大區(qū)的均一性。成功把四角讀出方式應(yīng)用到

5、MicroMegas探測器中:在MicroMegas讀出陽極中的讀出塊四周添加低阻邊界，從讀出塊四個(gè)頂點(diǎn)讀出信號，通過比較四個(gè)頂點(diǎn)的信號幅度反推出雪崩發(fā)生的位置，從而在保持足夠好的位置分辨的前提下極大減小了讀出通道數(shù)。研究了阻性參數(shù)對四角讀出方式固有枕形畸變的影響，得到了最優(yōu)面電阻組合。為了做出符合要求的阻性陽極，實(shí)驗(yàn)以絲網(wǎng)印刷方式進(jìn)行阻性陽極工藝研究，并最終集成到電路板上。測試結(jié)果表明，1cm×1cm顆粒度下探測器位置分辨約為250u