GEM探测器阻性阳极读出方法研究实验平台的搭建

摘要

GEM（Gas Electron Multiplier）探测器作为一种新型的微结构气体探测器，以其高空间分辨、高计数率、抗辐照能力强等优越的性能，在自上世纪90年代发明至今的二十年间，有着突飞猛进的发展。其所涉及的研究领域，也由一开始的高能物理实验领域，迅速扩展到同步辐射、天体物理实验、医学成像探测、中子束流监测等领域，并取得了很可观的发展。
　　随着高能物理实验的发展，对高空间分辨率探测器的需求越来越强烈。然而采用传统的像素或条读出方法时，若要达到较好的空间分辨率，探测器通常需要匹配非常庞大的读出电子学，使探测器变的笨重的同时，也增加了探测器的建造成本。为了解决高空间分辨率需要匹配高读出电子学通道的问题，国内外探寻发展新型读出结构和读出方的研究从未停止。阻性阳极读出方法，作为一种新型的二维插值读出方法，可以在保证探测器的空间分辨率的情况下，有效地减少读出电子学通道，进而减少研制探测器的成本。
　　针对GEM探测器的阻性阳极读出方法研究搭建了合适的探测器实验平台，对阻性阳极读出方法进行了深入的研究并优化了阻性阳极读出板的设计参数、探测器的工作参数和相应的位置重建算法。
　　本文围绕本实验平台的搭建和相应的重建程序的编写进行阐述。主要包括探测器室体、高压供电系统、读出电子学系统、DAQ系统等的设计和搭建，相应重建程序的功能介绍和算法实现等。随后，我们基于本实验平台对阻性阳极板的设计参数进行了优化，同时完善了相应的位置重建算法，对采用阻性阳极读出方法的GEM探测器的空间分辨率、二维成像等性能进行了研究，本工作还研究并优化了阻性阳极读出GEM探测器的公共触发信号，给出产生不同极性触发信号的工作高压条件，得到触发信号的极性和幅度与探测器感应区的场强密切相关。研究结果为制作大面积的阻性阳极读出GEM探测器提供了理论和实验依据。
　　最后，基于本实验平台对 THGEM探测器的阻性阳极读出进行了尝试和初步的性能测试，得出阻性阳极读出方法同样适用于 THGEM、Micromegas等其他微结构气体探测器，为微结构气体探测器的读出方法提供了新的思路。

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缩略语对照表

1 引言

1.1 课题背景

1.2 论文结构

2 X射线气体探测器的基本原理

2.1 X射线和产生原理

2.2 光子与物质的相互作用

2.3 X射线探测器原理

2.4 本章小结

3 探测器实验平台的搭建

3.1 探测器原型机室体

3.2 高压供电系统

3.3 读出电子学系统

3.4 DAQ系统

3.5 供气系统

3.6 本章小结

4 重建程序

4.1 1号按键功能区

4.2 图片显示窗口

4.3 2号按键功能区

4.4 功能栏

4.5 3号按键功能区

4.6 信息显示窗口

4.7 本章小结

5 GEM探测器的优化及性能研究

5.1 阻性读出板参数的优化

5.2 不同比分的工作气体

5.3 重建算法的优化

5.4 探测器二维成像研究

5.5 本章小结

6 GEM探测器公共触发信号的优化研究

6.1 自触发

6.2 公共触发

6.3 本章小结

7 THGEM阻性阳极读出初步研究

7.1 THGEM概述

7.2 THGEM选择、室体设计和安装

7.3 THGEM工作气体的选择

7.4 阴极结构的选择

7.5 THGEM探测器的成像性能

7.6 THGEM探测器的成像性能研究

7.7 本章小结

8 总结和展望

8.1 工作总结

8.2 工作展望

附录：关键性程序源码

1 处理和刻度

2 重心法重建和加权重建

参考文献

个人简历

致谢