多路读出THGEM探测系统及其在X射线与宇宙线μ子描迹方面的应用

摘要

北京同步辐射开展的研究与应用领域很广，涉及基础研究和应用科学中的很多学科等，对新型探测器有迫切需求。THGEM探测器位置分辨率达到亚毫米量级，同时兼有动态范围大和计数率高的特点，在同步辐射探测方面有着广泛的应用前景。
　　 考虑上述需求，我们与北京同步辐射漫散射实验站(1W1A)合作，开展了可用于同步辐射衍射实验的THGEM探测系统的研制工作。研制工作针对X射线机以及同步辐射光源在相对长的时间内强度恒定且光通量较高，探测器单位时间内产生的脉冲数多的特点，采用实时记录多束团信号积累效应的电流模式测量方法，发挥了THGEM探测器的优势。
　　 本文首先通过搭建单路直流、16路Pad直流读出的THGEM探测系统进行成像实验以及X射线机光强分布测量实验，检验直流模式的多路THGEM探测系统上的成像效应，证明用于射线空间角分布测量的可行性。继而在前期论证的基础上，根据衍射实验特点，设计搭建了应用于同步辐射的一维弧形无像差X射线衍射仪，实现了32路读出。THGEM探测器以及电子学读出系统在强流(107光子/s)下工作良好，衍射仪角分辨σ可达到0.07°，动态范围5个数量级，满足同步辐射漫衍射站上的实验测量要求。
　　 同时，还搭建了应用于教学的THGEM探测器望远镜系统，成功探测到了宇宙线μ子信号，实现了宇宙线μ子描迹功能。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章 气体探测器和THGEM探测器

1.1 带电粒子与气体相互作用

1.2 电子与离子在气体中的运动

1.2.1 原电离和总电离

1.2.2 离子与电子在电场中的漂移

1.2.3 强电场下的雪崩倍增过程

1.3 几种气体探测器

1.3.1 正比计数器

1.3.2 多丝正比室

1.3.3 微结构气体探测器

1.4 厚型气体电子倍增器THGEM介绍

第二章 多路直流读出THGEM系统在X射线上的应用

2.1 衍射实验X射线源

2.1.1 X射线管

2.1.2 同步辐射

2.1.2 探测器选择

2.3 探测系统读出方式的选择

2.4 单路直流读出效应测量

2.5 多路读出成像试验

2.5.1 多路读出的THGEM探测系统

2.5.2 电流前放标定

2.5.3 测量数据处理

2.5.4 成像试验

2.6 X射线机光强空间分布测量实验

2.6.1 光强计算校准

2.6.2 空间的相对光强分布测量

2.7 小结

第三章 基于THGEM的一维弧形无像差X射线衍射仪研究

3.1 X射线衍射分析技术

3.2 粉晶X射线衍射实验

3.2.1 Bragg方程

3.2.2 粉晶X射线衍射原理

3.2.3 样品选择及样品制备

3.2.4 衍射实验方法及光路图

3.3 一维弧形无像差X射线衍射仪

3.3.1 探测器方案选择

3.3.2 探测器设计

3.3.3 弱电流读出芯片选型

3.3.4 电子学读出

3.3.5 数据采集程序

3.3.6 系统刻度与取数测量

3.4 系统搭建调试

3.5 一维弧形无像差X射线衍射仪性能测试

3.5.1 动态范围测量

3.5.2 位置分辨测量

3.6 小结

第四章 多路读出THGEM系统在宇宙线μ子描迹上的应用

4.1 宇宙线μ子

4.2 宇宙线μ子描迹仪

4.2.1 探测器室

4.2.2 前置放大器

4.2.3 电子学读出

4.2.4 数据获取软件

4.3 测量结果及讨论

4.4 小结

第五章 总结及展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况