基于THGEM的DHCAL初步研究 俞伯祥、章爱武 “核探测与核电子学” 国家重点实验室 高能所 实验中心 2012.12.13
主要内容 数字强子量能器（DHCAL）介绍 束流实验装置 实验结果 与科大（JLAB Star合作组）合作情况 总结
Particle Flow Algorithms now achieve the required energy resolution! DHCAL概况 ILC: Separate W,Z boson masses on event-by event basis 60%/E Best JET resolution with traditional calorimeter Need 30%/E Precision studies of new physics Digital calorimeter hits vs. energy Particle Flow Algorithms Generally need σ/Ejet ~3-4% energy Requires thin, efficient, highly segmented, compact, robust medium, (RPC, GEM, THGEM, etc.) hits_num Particle Flow Algorithms now achieve the required energy resolution!
DHCAL concept with THGEM ~6.5mm 40 of double-THGEM sampling layers Reconstructed jet: Simulated energy resolution σ/Ejet ~ 3% (CALICE)
束流实验装置 Pion/proton beam, 400~700MeV/c 要应用于DHCAL上对Pion粒子的探测效率很重要，束流实验的主要目的是验证THGEM对Pion粒子探测效率。 P(MeV/c) pion proton 400 10ns 25.5ns 600 10.3ns 18.6ns Beam line SC1 Single-layer THGEM SC2 ~3m TOF PS1 PS2 THGEM signal LabVIEW /PC TCP/IP传输 实验数据获取框图 Pion/proton beam, 400~700MeV/c 实验装置
THGEM at Experiment 实验中使用了0.2um孔10cm THGEM 我们能做的： 面积: 5cm, 10cm, 20cm 厚度: 0.2mm~1.0mm; 孔径: 0.2mm~0.8mm; 单元: 0.4mm~1.6mm; （工作气体为：Ne/CH4_95/5） V2部分扫描 V1部分扫描
THGEM performance study Gain stability (keep gas flowing, while turn down HV) Cosmic ray spec. 22fC@gain ~5000 Gain vs. gas flow velocity Gain vs. gas pressure 2012/8/16
实验结果 1、p/的TOF响应。对于400~700MeV/c之间可以很容易区分。
2、漂移极距离5mm，对质子的能谱。 @gain ~9000
2、对的能谱，漂移极距离5mm。
3、THGEM对于p/信号的电荷量和探测效率。 （1）对于p的电荷量高于的电荷量； （2）5mm漂移区间，p的探测效率最好为97%，而的探测效率为92%，3mm漂移区间， 的探测效率为85% ，有待提高。 （工作气体为：Ne/CH4_95/5） 电荷量 vs 动量 探测效率 vs 动量
4、与科大的合作情况（李澄老师,JLAB STAR合作组） STAR合作组与科大合作研制穿越辐射探测器(TRD),拟采用THGEM读出，提供样品后给出的结果。 （1）均匀性好于10%(BNL结果)
在气室中安装3层thGEM用APV25电子学读出，放在3 个 GEM 气室. 读出条：800um 位置分辨: 300um (标准GEM为200um). 问题：THGEM膜有打火现象，打火后高压会Trip掉，可能问题是有电荷堆积。 THGEM GEM 3 THGEM foils X coordinate
稳定性，增益随时间下降很多，重复测试仍然会下降。 存在的问题： 目前我们研制的THGEM存在主要问题是：稳定性问题，短时间的稳定性较好，长时间增益下降比较严重，主要原因可能是FR4这种基板的电阻率较高，有较严重的电荷堆积，将更换基材进一步研究。 稳定性，增益随时间下降很多，重复测试仍然会下降。 在Ar_iso中的稳定性
总结 THGEM探测器对p/有较好的响应。较薄的 漂移极距离也得到了较好的探测效率，初步 满足DHCAL应用的要求，进一步提高效率可 以采用双层THGEM或者更换工作气体等。 科大(Star合作组)的实验结果表明我们的 THGEM探测器具有较好的性能，其位置分辨 （300um）和均匀性数据也得到了检验，但 是稳定性有待提高，将更换基材进一步研究。
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