Micromegas 初步研究结果 郭军军 近代物理系 中国科学技术大学 April 21-22, Beijing, IHEP
Outline Micromegas介绍 Micromegas 3D模拟 探测器研制与实验研究 模拟与实验对比 总结 Junjun Guo April 21-22, IHEP 2 2
Micromegas 介绍 Micromegas=Micro Mesh Gaseous Structure, 微网格气体探测器 1996年Y.Giomataris等人在法国Saclay最先研制成功。 并于2001年夏，装备于CERN的COMPASS。 主要优点： 很高计数率能力 （<108 mm-2s-1） 良好的空间分辨能力 （<100m） 很好的抗辐照性能 结构简单，造价低廉 性能指标 空间分辨率 12m（rms） 时间分辩率 0.2ns（rms） 能量分辨率（5.9keV） 11%（FWHM） 快信号的上升时间 <1ns Junjun Guo April 21-22, IHEP 3 3
Micromegas 3D 模拟 Ansoft Maxwell电场计算软件 有限元方法 具体参数选择、材料同实验一致： 漂移区/雪崩区：2.55mm，120m 雪崩极丝网：22 m/50*50m2；PCB读出：10m 边界条件：相切 3D电力线图 Eamp/Edrift=187 Junjun Guo April 21-22，IHEP 4
Micromegas 3D 模拟 气体参数模拟：Magboltz 电子运动速度随电场的变化 横向扩散系数决定了空间 Ramsauer effect 电子运动速度随电场的变化 Ramsauer effect ：Micromegas 成为TPC的选择，保证Z与t的线性。 横向扩散系数决定了空间 分辨率最小值：
Micromegas 3D 模拟 原初电离模拟 感应信号 5.9keV X射线 在PCB阳极上感应的信号 经过电荷灵敏前放 Pspice模拟 放大器时 间常数不 一样 模拟得到的原初电子数目 （5.9keV X射线，Ar90%+Iso10%） Junjun Guo April 21-22，IHEP 6
探测器研制与实验研究 Mesh 与PCB Micromegas 有效面积：45mm*45mm, 雪崩极：500目斜纹丝网 漂移极：350目斜纹丝网 电子学测试系统示意图 探测器示意图 Junjun Guo April 21-22, IHEP 7
探测器研制与实验研究 测试系统 增益均匀性 能量分辨率 5.9keV的X射线全能峰位置（多道分析仪的道数）随射线源位置变化，间距为2mm Ar90%Iso10%气体 能量分辨率为27% Junjun Guo April 21-22, IHEP 8
模拟与实验的对比 原初电子的透过率 漏斗形的电场线 电场线的发散（ Emesh/Edrift = 21） Ar90%+Iso10%气体比例下电子透过率随电场比Emesh/Edrift的变化。模拟时选用参数与实验探测器的参数和条件一致。 结果表明电子透过率只与电场比有关，与雪崩极的电压无关。 透过率有明显下落： 电离粒子的复合效应 模拟：Maxwell+Garfield Junjun Guo April 21-22, IHEP 9
模拟与实验的对比 增益 彭宁效应： Ar* +Iso→Ar + Iso+ + e- ARGON 彭宁效应修正 ion = 15.7 eV D-Level Exc= 14.0 eV ISOBUTANE P-Level Exc= 13.0 eV S-Level Exc=11.55 eV ion = 10.7 eV Ar* +Iso→Ar + Iso+ + e- Ar80%Iso/Ar85%Iso/Ar90%Iso/Ar95%Iso 增益随雪崩极电压的变化。 模拟：Magboltz+Garfield 在Ar95%，Ar90%，Ar85%，Ar80%时 参加电离Isobutane作用的激发Ar+离子 百分比分别为26%，33%，35%，50%时模拟结果与实验数据符合的较好。 Junjun Guo April 21-22, IHEP 10
总结 较系统的模拟研究了三维Micromegas，从模型建立、电场模拟计算，气体参数计算，到原初电离、气体增益、电子透过率和感应电流等性能的模拟研究。 研制了用鱼线作为雪崩区间隙支撑结构的Micromegas探测器，并对其性能进行测试研究。 在电子透过率、气体增益等性能上，实验测量结果与模拟计算结果符合的较好，研究了彭宁效应的影响。 今后准备在Micromegas制作工艺上做进一步改进。 Thank you! Junjun Guo April 21-22, IHEP 11