厚GEM与微针探测器的闪烁光读出方法研究

Nowadays, the Micro-Pattern Gaseous Detectors(MPGD), whose applications are depend on multi-channel electronic readout techneques such as ASIC,have already made a mass of achievements. The detector technologies are relatively matured, while the costs for those high density readout channels are much high. During the development of gas avalanche, there are luminous process happen, which guide us to collect these luminous photons to make a MPGD with photon readout. Therefore, we propose to study the new readout method based on MPGD and ICCD camera. The advantange of this method is its lower cost once it being applied in large area and very high density of channels detectors. In this application, we intend to study the mehtod of guiding scintillation ligth to high frame rate ICCD. The research will start from the ground-work of THGEM and Leak Microstructure detector, and then combine it with ICCD camera system to make a prototype, finally all aspects performances of the prototype will be tested. This study can break away from the depedence of electronics of traditional readout method. The most attractive property of this research is simple,cheap and feasible when applied in detectors with a mass of readout channels. This will be a new way of readout for large area Micro-Pattern Gaseous Detectors application in future.

微结构气体探测器由于其优异的性能，近年来获得了广泛的研究，技术相对成熟，但是大面积应用依赖于ASIC等电子学技术实现多通道密集读出，配备一定规模读出通道的探测器成本是很高的。在气体雪崩的发展过程中伴随有荧光的发生,这些光可以做为信号读出。本项目提出基于微结构气体探测器闪烁发光的原理，针对气体雪崩发光进行研究，结合高速ICCD相机，实现微结构气体探测器光信号读出。这一新方法应用于粒子探测的相关领域中，将更容易获得高密度通道数的大面积位置灵敏探测器，大大降低每个读出通道的成本。 本项目基于课题组前期厚型气体电子倍增探测器以及微针探测器的研究基础，探索微结构气体探测器的光信号读出方式，利用高速ICCD实现探测器多通道读出，这将极大地缩小电子学系统的规模，具有重要的应用意义。此方案具有读出简单、造价低廉的优势，为微结构气体探测的大面积应用拓展新的信号读出方式，将促进微结构气体探测器的进一步应用。

微结构气体探测器（Micro-Pattern Gaseous Detector，MPGD）是利用精密的微加工技术获得最小结构单元为微米量级的新型气体探测器，由于其结构单元很小，因而具有极好的位置灵敏性，在粒子物理、核物理、天文物理、核医学、生物学等许多领域发挥着重要的作用。MPGD中具有代表性的结构有微孔型、微网型、微条形等，这些微结构探测器在近二十多年来,被国际上多家实验室进行了深入的研究，已取得了很大的成功，在许多领域获得了应用，并不断有新的应用出现。.对于MPGD的读出方式，通常采用二维条或较小的方块电极（pad）阵列读出，具有一定灵敏面积的MPGD通道数少则几百道，多则上万道，这极大程度地依赖于高效的电子学技术，通常单个电子学芯片只有几十路最多256路读出，因此需要配合多个电子学芯片使用,相应的造价也比较昂贵。复杂的电子学读出系统在一定程度上制约着微结构气体探测器的应用。.申请人及课题组成员对微结构气体探测器的闪烁发光性质进行了详细的研究。以THGEM和LM这两种探测器为基础，结合现在比较成熟的ICCD技术，构建了闪烁光读出系统，读出微孔内或者微针附近局域的荧光或者闪烁光，实现了微结构气体探测器多通道读出。研究改进了大面积微结构气体探测器制作方法，使得THGEM探测器能够以较低的成本获得均匀性一致、工作性能稳定的大面积探测器。深入研究了THGEM工作气体的发光性能，优化了适合于闪烁光读出的工作气体比分；测试了THGEM工作电压与闪烁发光强度以及阳极电流的关系，得到了阳极电流与闪烁发光成正比的函数关系；利用X光机研究了THGEM发光成像以及位置分辨率，得到了清晰的闪烁发光成像结果，并给出了位置分辨率可达到126um的结果，这个结果对于其他探测器来说是一个非常好的数据，预示着THGEM闪烁光读出的方法可以应用于很多对位置要求非常高的实验。研究了alpha粒子在THGEM探测器中的沿着径迹位置的发光图像。研究结果显示，该读出方案为微结构气体探测的大面积应用拓展了新的信号读出方式，将促进微结构气体探测器的进一步应用。