時間投影室(Time Projection Chamber,TPC)是一種可以運用于粒子物理與核物理實驗中的氣體探測器,可以測量進(jìn)入其漂移場腔的帶電粒子的三維徑跡和能量損失,具有較好的能量分辨和很高的位置分辨能力。國際上很多大型的粒子探測與核物理實驗設(shè)備當(dāng)中廣泛使用了時間投影室這類氣體探測器。國內(nèi)的冷卻儲存環(huán)實驗終端實驗(CEE,CSR External-target Experiment)合作組計劃在蘭州重離子加速器裝置冷卻儲存環(huán)(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou Cooling Storage Ring,HIRFL-CSR)外靶終端建造一臺低溫高密度核物質(zhì)測量譜儀,可以測量近全空間的能量范圍在100MeV/u到800MeV/u之間的重離子碰撞中帶電離子產(chǎn)物。實驗中需要用到TPC探測器作為主徑跡探測器。為了建造CEE-TPC,我們研制了一個相對較小的樣機,并且做了一些測試,測試了其基本性能指標(biāo),包括位置分辨能力和能量分辨能力,通過對TPC樣機的測試獲取很多寶貴的經(jīng)驗。本文分為三個部分。第一部分為氣體探測器的基本原理、時間投影室的工作原理和時間投影室的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀,第二部分為TPC樣機靶室的設(shè)計與建造改造、基于氣體電子倍增器(Gas Electron Multiplier,GEM)探測器讀出的TPC樣機漂移室的組裝和測試、實驗中用到的VME電子學(xué)的介紹、線路連接和調(diào)試和氣體系統(tǒng)的搭建,第三部分為實驗的過程和數(shù)據(jù)分析,包含了~(32)S束流測試實驗、α粒子測量實驗的過程和結(jié)果分析以及經(jīng)驗分析,還有之后的詳細(xì)的使用激光確定TPC的各項指標(biāo),包括分辨不同方向入射激光的各個方向的徑跡及分辨能力、研究GEM膜之間加載的電壓對GEM電子倍增能力的影響、漂移場腔電場強度對電子漂移速度的影響、激光光斑大小和能量大小對TPC能量測量精度的影響,通過這些可以得到TPC大致的性能參數(shù)及實際測量的表現(xiàn)。通過對TPC樣機的硬件設(shè)計、搭建和各項測試,我們得到了其各項參數(shù),包括能量分辨能力和位置分辨能力等,符合了中低能核物理實驗的要求,同時為今后CEE-TPC的建造提供很多可以用于今后建造和實驗測試的參數(shù),同時積累了很多寶貴的經(jīng)驗和教訓(xùn)。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL594
【部分圖文】：

能量損失的實際值和理論計算值的比較，虛線為（高斯分布）實線為朗道分布理論圓點為實驗值[1]on and carbon dioxide gas, the comparation of actual value of enalculation value of energy loss. The dotted line represents a simp distribution) and the solid line represents the experimental valu氣體介質(zhì)能量不斷損失的過程中，會在其徑跡上不斷產(chǎn)生探測器測量帶電粒子在氣體介質(zhì)中電離能損實際上是測對數(shù)，以時間投影室為例，最終測量的信息內(nèi)包含的感應(yīng)損。在一個帶有電場的氣體探測器中，帶電粒子在氣體當(dāng)還會和周圍的氣體分子或原子發(fā)生相互碰撞，并且會產(chǎn)子離子對產(chǎn)生后有一個速度，會不斷地碰撞周圍周圍作不

第 1 章 引言現(xiàn)象。氣體探測器在陰陽極有收集電子或者離子的裝置，得出其總數(shù)，從初始帶電粒子的電信號。為了盡可能準(zhǔn)確地探測電子數(shù)，減小能損測量時，氣體探測器在設(shè)計的過程中需要盡可能地減小前三種效應(yīng)的產(chǎn)生，增大效應(yīng)[4]。電子在氣體介質(zhì)中的漂移速度由以下公式定義 = ( ) · · 0 )和能量有關(guān)，為帶電載流子的遷移率，E 為外部電場強度，p/p0為以為單位的氣壓，此為忽略電子與粒子復(fù)合與俘獲效應(yīng)的漂移速度公式。考體分子的作用，設(shè)電子自由程為 ，假設(shè)其不隨電子速度大小的變化，則出精確的電子漂移速度公式 = (23 13d d )。

圖 1. 3 時間投影室原理示意圖Figure 1.3 The principle of TPC時間投影室可同時測量帶電粒子的能量、動量，重構(gòu)徑跡的三維信息種類。其靈感來源于多絲正比室和多絲漂移室。時間投影室的設(shè)想是由 1970 年提出的，之后美國勞倫斯伯克利實驗室（Lawrence Beratory）的 D.R.Nygren 博士提出[5]，并且在 1978 年研制出了 PEP-4 時探測器[6][7]。
【參考文獻(xiàn)】

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1 康龍飛;趙雷;李敏;周家穩(wěn);劉樹彬;安琪;;HIRFL-CSR外靶實驗讀出電子學(xué)預(yù)研系統(tǒng)[J];原子能科學(xué)技術(shù);2015年01期

2 汪鵬飛;李占奎;李海霞;章學(xué)恒;趙興文;王秀華;譚繼廉;劉鳳瓊;李榮華;王柱生;陳翠紅;楊磊;祖凱玲;戎欣娟;李春艷;盧子偉;;HIRFL-CSR外靶終端上硅微條探測器陣列的搭建[J];原子核物理評論;2014年01期

3 趙雷;康龍飛;周家穩(wěn);劉樹彬;安琪;;A 16-Channel high-resolution time and charge measurement module for the external target experiment in the CSR of HIRFL[J];Nuclear Science and Techniques;2014年01期

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5 蘇弘,周波,李小剛,馬曉莉;一種低噪聲快電荷靈敏前置放大器的研制[J];核電子學(xué)與探測技術(shù);2003年02期

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1 李賀;蘭州重離子儲存環(huán)外靶實驗終端時間投影室樣機的研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2016年

本文編號：2848584