大面积THGEM及应用成像研究 刘宏邦 刘倩 中国科学院大学.

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1 大面积THGEM及应用成像研究 刘宏邦 刘倩 中国科学院大学

2 Outline THGEM THGEM应用成像研究 大面积THGEM研制 THGEM 性能研究 同步辐射X-ray 衍射仪
ASIC数字读出成像初步研究 表面污染监测仪

3 THGEM Typical parameters: Thickness t = 0.4 - 3 mm
2004 由 A. Breskin 等人发明 采用标准PCB生产工艺制作 Cu G-10 Typical parameters: Thickness t = mm Hole diameter d = mm Pitch a = mm Chechik et al. NIM A535 (2004) 303 易于制造维护、清洁要求较GEM低、级联使用方便、相对价廉等优点 THGEM在亚mm空间分辨的粒子径迹测量上有极大的优势 在未来加速器对撞机升级中，THGEM可应用于LHC的μ子探测器升级，ILC的取样型量能器； 用于双相暗物质探测器液氙LXe闪烁光探测； 用于单光子成像，例如：环形成像切伦科夫探测器（RICH）； 用于中等分辨率、快速（ns）的X射线和中子成像等。

4 大面积THGEM研制 Global etching techniques 30×30cm 205,000 holes
Globe etching (micro etching) No holes in this area Drilling 205,000 holes ~4 days drilling 共制作5批次，80张THGEM膜 型号： 5×5cm2， 10×10cm2 （t=0.2 mm, d=0.2 mm, p=0.5 mm） 10×10cm 2，20×20cm2 （t=0.3 mm, d=0.3 mm, p=0.7 mm） 5~10 µm rim Easy to make large THGEM

5 THGEM 性能研究 不同气体中薄型THGEM的增益曲线 8 Hours Gain Stability
Ne/CH4(5%) Ar 100% Ar/iC4H10(5%) 不同气体中薄型THGEM的增益曲线 Energy resolution Gain = Ar/iC4H10(97/3) 8 Hours Gain Stability 1 month Gain Stability 5×5cm2

6 增益均匀性 铜靶X光管 二维移动平台 20×20cm2 THEGM腔室 薄型THGEM增益均匀性较好，均匀性误差小于5%

7 高计数率THGEM性能研究（I） 电离模式测量X-ray计数率 ～1MHz/cm2

8 高计数率THGEM性能研究（II）

9 THGEM 质量检测 四路高压控制 + nA电流读出 THGEM的粗略判断标准 (厚度200um)
∆V> Ar/iC4H10 97/3，5min内无放电 ∆V> N2 ，5min内无放电

10 THGEM应用成像研究

11 平面型气体探测器像差（Parallax error）示意图,
THGEM同步辐射X射线衍射仪 粉末晶体的X射线衍射线空间方位与晶体结构相关 11 X-ray energy：8.05keV，13.9 keV 8.05keV 平面型气体探测器像差（Parallax error）示意图, s. d. Pinto NSS/MIC, 2009 IEEE BSRF 漫散射实验站 11

12 衍射仪设计 设计指标： 半径: 20cm 读出条: 320路 条宽： 0.4mm 条间距： 0.5mm 接收角度 48° 角分辨 0.2°
读出条: 路 条宽： mm 条间距： 0.5mm 接收角度 48° 角分辨 ° 弱电流读出板 电流范围：10 pA-900nA 采样率：1kHz

13 衍射样品 X射线通过粉末晶体样品后，在特定的角度处产生衍射线 查表得到TiO2粉末晶体在铜靶Kα1线照射下产生衍射峰位如右图所示
其中最强衍射峰在25.355°处

14 测量结果 弧形THGEM探测器在同步辐射大分子实验站测量 电子学128路，弧形半径20cm，覆盖角度19.2°
探测器空间分辨率 σ=0.148±0.081° 优于设计指标0.2 °

15 ASIC读出成像初步研究 CRIOCA FEE 微孔 THGEM FPGA CARIOCA,GASTONE 数字读出前放板

16 表面污染监测仪

17 初步结果 90Se β能谱 Δv=610V

18 结论 利用整版微蚀方法实现最大面积30×30cm2 THGEM 的制作，THGEM性能良好，能量分辨达到15.9%，单层增益 >104，稳定性、增益均匀性等性能良好，很好地满足THGEM的应用需求。 在BSRF生物大分子站兼容模式进行TiO2衍射实验，观察到原初束线(10^12 photons/s)和衍射峰信号, 角分辨率σ=0.148±0.081° 利用ASIC数字读出芯片进行16路THGEM成像初步研究 利用THGEM+电阻网络阳极进行表面污染监测仪初步研究

19 谢谢!