基於GEM讀出的TPC系統中正離子反饋機制和抑制方法的研究

《基於GEM讀出的TPC系統中正離子反饋機制和抑制方法的研究》是依託清華大學，由李玉蘭擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於GEM讀出的TPC系統中正離子反饋機制和抑制方法的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：李玉蘭
• 項目類別：面上項目

項目摘要

在TPC系統中，由端蓋讀出探測器反饋回漂移區的正離子，由於遷移率很低，會長時間滯留在漂移區，造成漂移電場的畸變，並導致TPC空間解析度的降低。和傳統的TPC相比，基於GEM讀出的TPC系統，不僅可以極大地提高空間分辨能力，同時由於GEM自身對正離子反饋的抑制能力，可以在不採取任何門控的措施下，將TPC的正離子反饋率降低一個數量級。但此水平仍不能滿足像ILC這樣的物理實驗對TPC性能的要求，需要研究進一步抑制正離子反饋的方法。另外正離子反饋也是將GEM膜用於成像探測器時需要解決的關鍵技術問題之一。本課題將對GEM膜正離子反饋機制進行系統研究，通過理論模擬和實驗研究提升GEM讀出探測器自身對正離子反饋的抑制能力；同時研究基於GEM膜的門控方法，包括參數的最佳化、脈衝門控高壓的實現等，並利用實驗室已有的GEM－TPC原型機，研究Gating對TPC性能的影響，對推廣GEM、TPC的套用奠定基礎。

結題摘要

本項目對GEM膜正離子反饋機制進行了深入研究，理論模擬了電子、正離子在GEM膜中的傳輸機制，分析了影響電子通過率、正離子反饋率的因素，具體最佳化了用作Gating的GEM膜的幾何參數及其在TPC可能的工作氣體下可以達到的最大電子通過率。同時，根據Green函式法求解泊松方程，推導和借鑑了適用於TPC的Green函式，計算了空間電荷對漂移區電場的影響，計算結果與Maxwell仿真結果相符，且更加簡便和實用，為以後校正空間電荷造成的電場畸變打下了基礎。在實驗方面，改進了TU-TPC的field cage設計，並在GEM膜周圍進入保護環，提高了漂移區電場的均勻性，明顯提高了TU-TPC的分辨指標。最後對gating-GEM膜的電子通過率進行了實驗研究，在最佳工作狀態下，電子通過率可以達到80%，滿足ILC-TPC的要求。