用于强子量能器的薄型THGEM探测器的初步研究

摘要

2012年，欧洲核子研究中心(CERN)和ATLAS合作组宣布发现了希格斯(Higgs)粒子，中国也提出了建造大型环形正负电子对撞机(CEPC)的计划。数字强子量能器(DHCAL)是CEPC探测器的重要组成部分，国际上已提出了DHCAL的多种设计方案，主要是利用GEM、THGEM、RPC等作为其灵敏体积。基于THGEM探测器的诸多优点，THGEM是强子量能器灵敏体积最具潜力的方案之一。为了控制强子量能器的总体积，需要尽可能减小THGEM探测器的厚度。作为CEPC计划数字强子量能器(DHCAL)部分的一个预研，本论文开展了薄型THGEM探测器的研制和性能测试相关的研究和工作。
　　对不同结构的6cm×6cm和20cm×20cm的双层THGEM气体探测器的性能测试工作，测试结果显示，降低探测器厚度，探测器能量分辨会相应提高，增益会有所下降，但还是可以满足THGEM探测器的使用要求。在不同工作气体的条件下，开展了单层20cm×20cm的WELL型THGEM探测器的性能测试，结果显示，使用氖气+甲烷（95/5）的混合气体比使用氩气+异丁烷(97/3)的混合气体增益提高了约5倍，增益提高效果显著，尽管氖气价格昂贵，但在将来的量能器的THGEM探测器研制中，可以考虑使用氖气+甲烷的混合气体作为工作介质。研制了9mm厚的6cm×6cm小面积薄型双层THGEM气体探测器和8mm厚的20cm×20cm较大面积薄型THGEM气体探测器，开展了探测器性能的实验测试。对20cm×20cm较大面积薄型THGEM气体探测器的测试结果显示：随着THGEM上所加电压的增加，能量分辨也逐步提高，探测器增益快速增长，增益可达到104量级，探测器的增益均匀度可以达到约88.5％；增益也呈现出较好的长期稳定性。研制的薄型THGEM气体探测器的性能参数能初步满足CEPC计划中DHCAL强子量能器的要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 粒子物理学的发展及现状综述

1.2 标准模型的建立

1.3 Higgs粒子的发现

1.4 中国的环形正负电子对撞机CEPC计划

1.5 CEPC探测器的结构设计

1.6 量能器简介

1.7 论文的研究内容及结构

第二章 THGEM气体探测器的原理及相关理论

2.1 气体探测器

2.2 THGEM气体探测器

2.3 总结

第三章 THGEM探测器的研制及性能测试

3.1 6cm×6cm的双层THGEM测试

3.2 20cm×20cm的双层THGEM测试

3.3 20cm×20cm的单层WELL型THGEM测试

3.4 本章小结

第四章 薄型THGEM气体探测器的制作

4.1 6cm×6cm薄型THGEM气体探测器研制

4.2 20cm×20cm薄型双层THGEM气体探测器

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢