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本文描述了阴极条和延迟线读出的多丝正比室的设计原理。在实验室制作了一个10cm×10cm的探测器样机,并且建立了相关的读出电子学。在采用变压器做阻抗匹配后,获得很干净的信号和低的噪声本底。使用55Fe-5.9keVX射线源对探测器性能进行测试,获得了小于0.5mm位置分辨率。
最小电离粒子(MIP)通过标准状态Ar气体层,平均初电离约25离子对/cm。由此计算得到2mm的气体层对MIP粒子探测效率达到99%以上。我们选择阳极丝平面与阴极读出平面间距d=3mm,阳极丝直径为20μm的镀金钨丝。为获得较大份额的阴极感应电荷,选择阳极丝间距S等于阳极平面与阴极平面间的间距d,即S=d=3mm。为减小非线性效应阴极读出条取样宽度,即相邻条间中心距Wr一般满足Wr<或≈0.8d=2.4mm。10cm宽的阴极平面分割为40个读出条,与四个延迟线块总抽头数目40个正好相等,我们选Wr=2.5mm(包括读出条本身宽度2mm和相邻条之间隔0.5mm)。下阴极由环氧树脂印刷线路板制作而成,10cm宽的阴极平面共有40个读出条;上阴极平面由200根Φ=50μm镀金钨丝构成,丝间距0.5mm。每相邻的5根丝并联为一个丝读出条共有40个。
使用的延迟线为集成恒量延迟线(LampedConstantDelayLine)。为减小分布电容,延迟线块每个分节的抽头直接与阴极读出条连接。延迟线输出端阻抗匹配由脉冲变压器实现,输出信号通过50Ω同轴电缆到Ortec120B快前置放大器。实验中观测到脉冲变压器用作延迟线终端替代普通的电阻终端,其效果是明显的。
工作气体为P10(Ar90%+CH410%),气体压力略高于大气压(≥500Pa),流气式供应。入射窗为10μm厚的聚乙烯膜。利用55Fe-5.9keVX射线对阳极信号进行检验得到计数率坪曲线和5.9keVX射线能谱,能量分辨率达到17.4%,全能峰和Ar原子Kα-X射线逃逸峰清晰可见。
为充分利用延迟线本身不产生噪声的优势,除了不使用电阻终端外,我们选用了低噪声快前端放大器Ortec120B(等效输入噪声≤20μV),并且利用Ortec474定时放大器对脉冲波形进行变换以实现最佳滤波;同时在测试中对CF8000甄别器的延迟时间进行适当的调试,以使测量达到最佳定时。
利用准直的X射线源和HV=1680V的工作条件下,放射源在探测器中心位置处得到上、下阴极读出位置分辨率分别为0.283mm和0.412mm;随着放射源照射位置远离中心,位置分辨率逐渐变大一些。
实验中还观测到延迟线阻抗在100-500Ω之间变化对位置分辨率影响不大。