二维多丝室探测器读出方法的优化

中国散裂中子源将建设一台基于~3He气体的二维多丝室,作为多功能反射谱仪束线的中子探测器.基于已有的研究,为优化选择二维多丝室探测器的丝结构,本文研究了三种不同的丝结构,并采用重心读出方法和数字读出方法进行了探测器的性能测量,得到了满足多功能反射谱仪探测器需求的读出方法.实验结果表明:对同种丝结构的二维多丝室探测器,重心读出方法的位置分辨和成像性能都好于数字读出方法;基于重心法读出的多丝室探测器位置分辨率可以达到约160μm,基于数字读出方法的多丝室探测器位置分辨率可以达到约400μm.优化设计的丝结构为:基于重心读出法的阳极丝间距1.5 mm、读出通道间距4 mm,基于数字读出法的阳极丝间距1.5 mm、读出通道间距2 mm.优化设计的丝结构均能满足谱仪的位置分辨要求.     

基于阻性阳极读出方法的气体电子倍增器二维成像性能

新型微结构气体探测器,如气体电子倍增器(gas electron multiplier,GEM)等,具有非常好的位置分辨率潜力(σ100μm),但是需要匹配大规模高密度的读出电子学,给探测器的建设、造价、功耗、空间利用等带来极大压力.阻性阳极读出方法可以在保持较高位置分辨率的前提下,大幅节省电子学.基于厚膜电阻工艺,一种新的阻性单元阵列结构被成功开发和应用于三级级联GEM探测器的读出阳极.该阻性阳极包括6×6个6 mm×6 mm的基本阻性单元,仅需匹配49路读出电子学.~(55)Fe放射源(5.9 keV)和X光机(8 keV)实验的结果显示探测器的位置分辨率(σ)可好于80μm,位置非线性好于1.5%.同时,探测器还获得了很好的实物成像效果.探测器的优良性能表明这种阻性阳极读出方法适用于大面积二维成像气体探测器的读出,并可用于其他探测器的读出.     

高时间分辨MRPC的位置灵敏读出方法

根据MRPC工作机制和高时间分辨的特性, 研制一种位置灵敏MRPC原型及读出方法. 该探测器具有10个220μm气隙, 有效探测面积为20cm×20cm. 前端电子学采用专用ASIC芯片, 具有快时间响应和输入电荷-输出信号宽度的转换功能. 采取同时读取信号传输时间差和感应信号分布的方法实现两维读出. 对该探测器性能的束流测试结果显示: 沿着读出条方向及其垂直方向的位置分辨分别为4.5mm和1.6mm, 其时间分辨达到63ps, 探测效率>95%.     

GEM探测器与X射线成像实验

使用2个GEM探测器系统,分别用作增益测量和位置分辨测量.用GEM探测器测量铜靶X射线能谱,能量分辨率为21.5%.8keV的X射线入射双层GEM探测器,实验测量x方向位置分辨为64μm,y方向位置分辨为68μm.将科研成果经过精炼、核心提取,为核与粒子物理学科的本科生开设GEM探测器和X射线成像实验,使学生对高能粒子探测技术、数据获取和处理等有整体的理解.     

新型涂硼热中子MWPC探测器的时间信号读出方法

基于10B薄膜的二维灵敏探测器是新近发展起来的热中子探测器,其灵敏面积大,时间和位置分辨好,n/抑制能力高,抗辐射能力强,可二维读出且具有良好的耐计数能力。针对新型的涂硼灵敏热中子多丝正比（MWPC）探测器,在延迟线时间差方法的基础上,提出一种中子击中位置数字信息的读出方法,并设计NIM读出插件用以验证该方法对于二维中子探测位置信息的读出能力。测试结果表明,本方法能完成4通道探测器信号的实时测量,其时间测量精度好于50 ps。结合FPGA片上系统实时数据控制和处理技术,单插件可支持最高1.3MHz的探测计数率。     

CEE-TPC中GEM读出探测器传输性能实验研究

气体电子倍增器(GEM)因其具有较好的位置分辨以及各项同性的二维结构等优点，近年来受到了广泛的关注，在HIRFL-CSR上正在建设的低温高密核物质测量谱仪(CEE)也计划使用GEM作为TPC的读出探测器。不同电场条件下GEM探测器的传输特性对探测器的有效增益及能量分辨有较大影响。文中研究了单层GEM探测器中漂移区电场及感应区电场对探测器传输特性的影响；随后研究了双层GEM探测器的电压分配及传输区电场对探测器电荷传输性能的影响。结果表明，在单层及多层GEM探测器中，漂移区电场、传输区电场及感应区电场主要通过改变电子透过率和GEM雪崩电场强度及分布影响探测器的电荷传输性能，进而影响探测器的有效增益及能量分辨。以上实验结果表明GEM探测器是CEE-TPC读出探测器的理想选择，同时测试结果也为TPC中多层级联GEM工作点的选择提供了参考依据。     

位敏型探测器数字法读出研究(英文)

中国散裂中子源( CSNS ) 的建造对中子探测器提出了非常高的要求,如更大的有效面积、二维位置灵敏、高计数率、高探测效率和低的 灵敏度等。与传统的模拟读出方法相比,数字法读出具有更高的计数率, 更小的数据传输量,更简单的电子学设计以及更高的信噪比。对数字法读出进行了理论计算,利用GEM探测器的原始数据分析了数字法读出的位置分辨率与读出条宽度的关系。结果表明,数字法读出对于位置分辨要求较低( 小于4 mm) 的大面积位置灵敏探测器是一种较好的选择,如CSNS 小角谱仪探测器。Efficient thermal neutron detectors with large area, two-dimensional position sensitive, high counting rate high detection efficiency and low gamma sensitivity are required to satisfy the demands for the China Spallation Neutron Source (CSNS). Compared with the traditional analog readout method, the digital readout method has the advantages of higher counting rate, smaller quantity of data transmission, simpler readout system and higher signal to noise ratio. The theoretical analysis of the digital readout method is reported in this paper. Used the raw data of GEM detector, the relationship between the position resolution and the width of the readout strip was studied. The results indicate that the digital readout method could be a good choice for the large area position sensitive detector where the requirement of position resolution is less than 4 mm, e.g. the detector of Small-Angle Neutron Scattering (SANS) diffractometer of CSNS.     

基于GEM读出的TPC原型设计与建造

基于GEM探测器读出的TPC漂移室,具有非常多的优势,是ILC中央径迹探测器的首选方案之一。本文介绍了一个GEM－TPC原型机的设计。通过对该原型机进行的一系列测试,证明了该系统设计合理、搭建成功,已具备其基本功能,可以进行深入的测试研究。     

基于电容分割的光子计数成像探测器读出阳极优化设计及仿真

本文提出了一种基于电荷电容分割位置分辨原理的光子位置读出阳极,能够大幅提高该类探测器的空间分辨率和光子计数率。首先,介绍了影响现有光子计数成像探测器成像性能的关键因素,分析了采用电容分割位置分辨方法的优势;其次,对电荷电容分割原理展开了理论推导,分析了光子位置与阳极读出信号变化的空间位置的相关性;再次,在理论推导的基础上,分析了电容分割读出阳极相关物理参数对其空间位置分辨能力的影响;然后,提出了电容分割位置分辨阳极的优化设计原则,并设计了一种新型的基于电容分割的二维光子位置读出阳极。最后,利用有限元仿真工具COMSOL建立了该电容阳极的模型,进行了位置分辨原理仿真,并评估了空间分辨的准确性。仿真结果表明:阳极的位置分辨误差小于50μm,中心区域的位置分辨误差小于5μm,阳极的位置分辨性能优良。     

一台高计数率GEM X射线成像装置原型

研制一种新型的三层级联倍增GEM气体探测器,其有效增益达到10⁵,用于高亮度X射线成像.设计和制作了的精密的微条读出和信号引出方法,采用高速SCSI接口的机箱控制器及计算机控制系统,用于该探测器的射线定位测量,在此基础上建立了一台GEM-X射线成像装置原型.实验结果显示：在X射线强度为10⁵Hz/mm,其增益稳定性<1%,位置分辨<100μm,并获得了清晰的两维图像.     

Design and experimental study of a two-dimensional position sensitive X-ray detector

A prototype of a two-dimensional position sensitive X-ray detector was designed and constructed for small angle X-ray scattering experiments at BSFR (Beijing Synchrotron Radiation Facility). The detector is based on MWPC with cathode strip readout, and has a sensitive area of 200 mmx200 mm. The spatial resolution (FWHM) of about 210 μm along the anode wire direction was obtained from the 55Fe X-ray test of the detector.     

A stopping layer concept to improve the spatial resolution of gas-electron-multiplier neutron detector

In recent years, gas electron multiplier (GEM) neutron detectors have been developing towards high spatial resolution and high dynamic counting range. We propose a novel concept of an Al stopping layer to enable the detector to achieve sub-millimeter (sub-mm) spatial resolution. The neutron conversion layer is coated with the Al stopping layer to limit the emission angle of ions into the drift region. The short track projection of ions is obtained on the signal readout board, and the detector would get good spatial resolution. The spatial resolutions of the GEM neutron detector with the Al stopping layer are simulated and optimized based on Geant4GarfieldInterface. The spatial resolution of the detector is 0.76 mm and the thermal neutron detection efficiency is about 0.01% when the Al stopping layer is 3.0 μ m thick, the drift region is 2 mm thick, the strip pitch is 600 μ m, and the digital readout is employed. Thus, the GEM neutron detector with a simple detector structure and a fast readout mode is developed to obtain a high spatial resolution and high dynamic counting range. It could be used for the direct measurement of a high-flux neutron beam, such as Bragg transmission imaging, very small-angle scattering neutron detection and neutron beam diagnostic.     

基于GEM探测器的时间投影室TPC的讨论

自20世纪90年代以来, GEM探测器以其高电子倍增、高空间分辨和高计数率等优势在粒子物理和辐射成像等领域得到了广泛和深入的研究, 具有广阔的应用前景. 如果将GEM作为读出探测器应用在时间投影室TPC系统上, 和传统的读出方式比较起来, 既有许多优点也有许多挑战. 目前世界上有许多机构正在研究将此方案用于将来的大型正负电子对撞机ILC. 本文论述了这些研究课题的概况, 讨论了TPC的各项关键性能指标与GEM探测器的关系及存在的问题.     

涂硼GEM中子束流监测器物理过程的蒙特卡罗模拟

基于硼转换的GEM(Gas Electron Multiplier)探测器性能突出,计数率高达10 MHz以上,耐辐射,信号读出方式简单、灵活,位置与时间分辨率高,是下一代中子束流监测器极具优势的候选者。这种新型中子束流监测器主要由硼中子转换层、气体电离粒子放大的GEM以及二维读出电极组成。通过Geant4程序包对探测器物理过程进行蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟,主要研究了硼中子转换层转换效率与厚度及中子波长的关系、出射粒子的能谱、不同气体比分不同气体厚度中的能量沉积、以及γ的能量沉积,计算比较了不同厚度GEM膜对快中子产生的影响。模拟结果表明,出射粒子在漂移区的能量沉积几乎与气体比分无关,硼层厚度取0.1μm以下,漂移区厚度6 mm时,可以确保出射粒子在漂移区能量完全沉积,同时具有最佳n/γ区分能力。     

Design and performance of a 2-D multi-wire position sensitive X-ray detector

A 2-D multi-wire position sensitive detector for X-ray diffraction and small angle X-ray scattering studies is described. The detector has an active area of 100 mm × 100 mm and consists of an anode plane with 10 μm SS wires at 3 mm spacing and a pair of orthogonal cathode readout planes with 25 μm SS wires placed at 1.5 mm spacing. The position information is obtained using charge division method and recorded using a laboratory built data acquisition system. The resolution and gas gain was measured for 5.9 keV X-rays (⁵⁵Fe-source) as a function of the anode wire voltage and gas pressure. It was observed that the proportional region of the PSD at 100 kPa pressure extended up to a high voltage value of around 1.5 kV and it shifted to high values up to 2 kV for gas pressure of 300 kPa. The energy resolution improved from 18% (FWHM) to 12% with increase in pressure. The spatial resolution of the PSD also showed improvement, with a value of 1.2 mm × 1.4 mm at 300 kPa gas pressure. A maximum gain of 5 × 10⁴ is obtained.