TPC装置参数模拟优化及关键问题研究

Time Projection Chamber (TPC) is a key device to measure the symmetry term in the nuclear equation of state at high density above saturation. Sophisticated simulations are needed to confirm the design parameters and to determine the optimal operating parameters depending on experimental conditions. The key issues in these simulations are the construction of a 3D model for electric field calculation, the parameters optimization under different trigger modes, the validity analysis of the output data at transition mode. In our study, the Finite Element Analysis method will be used to construct a 3D model and calculate the electric field for a very complicated TPC, which has the structure of multi-wire and multi-strip. The steady state and transient state particle tracking methods will be employed to analyze the validity of output data at transition mode. This study will provide a solid foundation for the design and operation of TPC setups, and it will also gain experience and provide reference for TPC data analysis. This study will be of great help for the design and development of TPC experiments in domestic research.

时间投影测量装置（Time Projection Chamber）是实现核状态方程中高密度区域对称能测量的关键装置。依据实际实验条件，进行复杂而有效的模拟工作对于TPC装置的参数验证与参数优化是非常重要的。三维电场模型的构建与计算、开关模式参数设计与优化、开关过渡状态测量结果有效性分析是TPC装置在对称能测量实验中需要深入研究的关键问题。本研究首次采用基于节点组合法的有限元方法，实现具有多丝、多条带复杂结构的TPC装置的三维电场计算；采用稳态以及瞬态粒子跟踪模拟的方法实现TPC开关过渡状态测量数据的有效性分析。本项工作将为TPC装置的顺利运行、准确取数提供参考和积累经验，并为国内该领域类似测量装置的设计与建造提供有益的借鉴。

时间投影测量装置（Time Projection Chamber）是实现核状态方程中高密度区域对称能测量的关键装置。依据实际实验条件，进行复杂而有效的模拟工作对于TPC装置的参数验证与参数优化是非常重要的。本课题开展了具有多丝结构TPC探测器的3D电场模拟计算、利用有限元电场数据进行探测器模拟计算方法研究、TPC探测器开关过渡状态对于探测器有效事例获取的影响以及TPC探测器的验证装置研制等工作。通过课题研究，首先确定了行之有效的多丝结构TPC探测器的3D电场计算方法，并利用新的插值方法，实现探测器在Garfield程序中的高效率模拟优化；其次，通过分步法模拟，最终确定了不同开关响应时间对于探测器造成的误判事例区域，为TPC探测器获得准确的实验测量结果提高有效的保证；最后，通过研制新的TPC实验装置，掌握了细丝电极的张力施加与维持、精确定位安装等装配工艺。为类似探测器的研制积累了技术、经验。