MicroMegas探测器的研制及性能研究

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MicroMegas探测器作为一种新型的微结构气体探测器,自上世纪90年代发明以来,由于其出色的性能,在高能物理实验领域得到广泛的研究和应用。高能物理所跟踪最新的研究进展,开展了基于Bulk工艺的MicroMegas探测器的自主研究工作。  本论文针对同步辐射X射线探测器应用需求,进行了有效面积200×200mm2的探测器研制和打火抑制研究工作。首先结合ANSYS和Garfield程序包对探测器进行了模拟研究,优化了探测器的结构参数、雪崩网规格、工作电压、工作气体和读出电极尺寸等条件。对于MicroMegas探测器大面积研制问题,根据现有设备,作者提出了三方面的工艺改进。最终使探测器有效探测面积做到了200×200mm2,探测器表面均匀性达到90%以上,最高增益为104,最佳能量分辨率约为17.7%(FWHM)。  针对MicroMegas探测器的打火问题,作者独立提出了两种可行性方案。一种方案是在雪崩网上方加一层GEM膜作为预放大。这种探测器既克服了级联GEM探测器最下层GEM膜承受较高的电子倍增压力,容易造成打火损伤GEM膜自身的问题;又解决了MicroMegas探测器为提高增益升高电压,引起雪崩区局部打火造成后续电子损坏的问题。实验结果显示GEM-MM探测器增益能达到106,在相同的增益下,较标准MicroMegas探测器具有更加稳定的工作状态和更长的稳定工作时间,打火率能降低近100倍。另一种方案是采用阻性读出的方法,在读出电极表面依次粘贴绝缘膜和锗膜,研制了单晶锗阻性探测器并对读出信号、电荷积累、打火率等问题进行了研究。实验结果表明单晶锗阻性探测器在增益为105时仍能稳定工作,最佳能量分辨率为15%。相较于标准探测器,同增益下打火率能降低100倍。  基于MicroMegas探测器在同步辐射束流上的应用,将GEM-MM探测器和MciroMegas在北京同步辐射装置1W2B实验站上进行了实验测试。研究了在不同气体下,探测器的能量响应随束流能量(6keV到20keV)的变化。结果表明GEM-MM比标准MicroMegas探测器在同步辐射束流上的应用更有优势。
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