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.

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1 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

2 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

3 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 （<100m） 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 12m（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

4 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，120m 雪崩极丝网：22 m/50*50m2；PCB读出：10m 边界条件：相切 3D电力线图 Eamp/Edrift=187 Junjun Guo April 21-22，IHEP 4

5 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：

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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