肖思敏 中国科学院大学 中国原子能科学研究院 基于THGEM的表面污染监测技术 肖思敏 中国科学院大学 中国原子能科学研究院
主要内容 研究背景 研究内容 探测器结构优化设计 多阳极电路的优化设计 系统性能测试实验设计 总结及展望 1
研究意义： 研究目的： 研究背景 用于监测核设施内的工作场所表面可能受到的放射性热粒子的污染 精确确定热粒子的位置，尽快采取相应策略 制作高位置分辨能力、较好的探测效率、大灵敏面积的表面污染仪 1
探测器结构设计 2 大面积THGEM探测器 主要用于手部α、β测量 Stainless Steel Mesh Membrane Cathode THGEM Pads α、β 大面积THGEM探测器 主要用于手部α、β测量 Stainless Steel Mesh Membrane Drift Induction PVDC偏聚二氯乙烯 密封膜 不锈钢网 2
位置灵敏阳极板设计 3
X和Y方向的空间分辨能力测试 4
读出电路的组成 5 GASTONE FPGA 下阈调节 ×2 数据读出 & 通道蒙版 图像显示 气体+高压+电子学控制 64路读出 单 片 机 GS卡 FPGA 下阈调节 GASTONE GS卡 64路读出 ×2 SPI 通讯接口& 配置寄存器 数据读出 & 图像显示 通道蒙版 数据读出据处理Channel mask 气体+高压+电子学控制 5
GASTONE&FPGA GASTONE(GEM Amplifier Shaper Tracking ON Events) :特别为新型粒子探测器（如厚型气体电子倍增器等）设计的多路电子学信号读出的前置放大器集成电路芯片。 FPGA(ield－Programmable Gate Array):GASTONE的控制电路. GASTONE FPGA 6
GASTONE性能参数 7 GASTONE-64-V2 Input impedance 120 W (fino a 105 Hz) Total Channels 64 Output/Readout Digital serial/ 64 canali Gain (Sensitivity) 22 mV/fC Peaking time 90 ns/200 ns (CD=1 /50 pF) ENC (rms) 800 e- + 40 e-/pF Total Power consumption 2.2 mW/channel Data transmission speed 100 Mbit/s Threshold sensing/setting 8 bits ADC/DAC (16 channels modularity) Discriminator sensitivity 0-30 fC Discharge input protection Integrated on each input channel: tested up to 1 KV 7
耦合成像 Labview单次读出的每通道输出信号的统计和X、Y方向耦合后的成像 8
α粒子探测效率测试 电压/V 计数/min 平均计数/min 探测效率 420 13643 15475 77% 13872 14641 16979 18240 400 16834 16822 84% 16846 16799 16706 16923 380 14938 15101 76% 14923 15212 15218 15215 360 13602 13720 69% 13654 13778 13730 13838 9
β粒子探测效率测试 探测效率 650 4708 52.3% 630 4956 55.1% 610 4671 51.9% 10 电压/V 计数/min 平均计数/min 探测效率 650 3891 4708 52.3% 5068 4943 4713 4925 630 4978 4956 55.1% 5013 4906 4963 4920 610 4565 4671 51.9% 4795 4719 4867 4408 10
总结及展望 α、β大面积表面污染监测仪： α与气体反应产生电子干扰β探测 要同时达到较好探测效率，所需电压不同 实现了系统低于5mm的位置分辨能力 有较好的探测效率 系统可以对 α 粒子进行准确的位置成像 研制大面积THGEM探测器，仅用于α监测 11
总结及展望 探测器结构优化设计 370 × 320× 88mm 302×302×21mm chamber与铝壳屏蔽体一体化，结构轻便 12
总结及展望 探测器结构优化设计 Pogo pin Pogo pin替代传统焊接工艺，避免了手工焊接造成的失误 13
总结及展望 Labwindow控制高压、气体流速及电子学 数据采集和分析同时进行，实时显示受沾污图像 14
总结及展望 提高系统的长期稳定性 实现不同环境下系统对α粒子的现场探测能力 提高大面积探测器上各点的均匀性 15
The end Thanks!