基于THGEM的TPC读出研究

Nowadays the high energy physics is trend to high luminosity, high energy, and high precision. As one of the most commonly used 3D tracking detector, higher counting rate capability of time projection chamber (TPC) is needed. Based on the thick gaseous electron multiplier (THGEM) developed by our group, we propose a high electron transfer efficiency (ETE) and high ion back flow (IBF) suppression solution for TPC readout. It consists of two kinds of THGEM, one has a larger hole with smaller rim to keep the high ETE, the other one is triple electrodes THGEM to suppress the IBF. A TPC prototype based on THGEMs with mis-aligned configuration is also proposed. The result of this project can be directly used in collision physics, heavy ion collision physics and other physic topics.

高能物理向高亮度、高能量、高精度方向的发展趋势，对时间投影室提出了更高的计数率要求。在自制厚型气体电子倍增器（THGEM）取得成功的基础上，我们提出高电子透过率及高阳离子抑制能力的基于THGEM的TPC读出方案，设计两种新型的THGEM探测器：大孔小rim的THGEM和三电极结构的THGEM，采用错层结构，制作具有较高计数率性能的TPC探测器样机。本项目的研究成果可直接应用在未来的对撞物理、重离子物理等实验上。

高能物理向高亮度、高能量、高精度方向的发展趋势，对时间投影室探测器提出了更高要求。为了解决传统丝室气体探测器计数率低的问题，我们在自制厚型气体电子倍增器（THGEM）取得成功的基础上，提出了新型栅极THGEM方案，使得其具有更高的抗打火能力和更高的计数率，经过测试发现，新型THGEM探测器能够在Ar/CO2和Ar/CF4中实现1E4以上的增益，能量分辨好于20%。根据电场模拟结果，我们优化了时间投影室的探测器结构，并搭建了有效面积20cmX20cm的基于THGEM的时间投影室样机，并分别利用alpha源，同步辐射X光和电子束分别进行了测试。对alpha源的测试结果显示THGEM样机实现了alpha源径迹的探测，但受到alpha源位置不确定性的影响，此探测仅给出好于2.5mm空间分辨的结果。利用准直的同步辐射光我们实现了对探测样品衍射峰的测量，并给出好与0.25度角分辨的结果。利用电子束流我们实现了对电子束三维径迹的测量。此研究结果为时间投影室径迹探测提供了一个新的选择。基于本研究结果，我们提出了基于THGEM时间投影室的概念，已经在X光偏振探测中得到了运用，并在LHCb上的穿越辐射探测中作为候选方案之一。