近物所核探测器研制进展李占奎课件.ppt

1、近物所核探测器研制进展近物所核探测器研制进展李占奎 李松林 段利敏中国科学院近代物理研究所传感器室2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会2主要内容主要内容Click to add Title1引言1Click to add Title2气体探测器组工作2Click to add Title1晶体组工作3Click to add Title2固体探测器组工作42010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会32010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会4近物所加速器近物所加速器 Building 2#Building 6#CSRmCSReSFCSSCSFC: se

2、veral AMeVSSC: tens AMeVCSRm: 1.1 AGeV(12C6+), 2.8 GeV(p) CSRe: 0.76 AGeV (12C6+)NorthExternal TargetInternal Target2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会5近物所近物所CSRCSR外靶终端外靶终端Internal Target2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会6二、气体组工作（段利敏）设备： 40m2洁净室，自动步丝机，2维测量平台，多组份配气系统，真空靶室，前端电子学和数据获取系统洁净室自动布丝机2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测

3、技术年会7研制的气体探测器种类电离室MWDCMWPCMicromegasRETGEMPPAC2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会8GEM(1997)TPC的读出单元微电子技术和光刻技术发展微电子技术和光刻技术发展: MPGD（Micro Pattern Gas Detectors）MWPCMSGCMicrostrip Gas ChamberGEMGas Electron-MultipliergrooveCAT，CAT，DOT，MPGD结构特点:漂移区和放大区分割开漂移区和放大区分割开;放大区间隙放大区间隙100m量级量级;2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会

4、955Fe X射线测试结果：沿阳极丝方向分辨 FWHM450 m垂直丝方向位置分辨 1mmMWPC探测器探测器准直未加准直2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会10MWDC探测器探测器大面积多丝漂移室(MWDC)是为了对入射粒子进行鉴别并给出粒子动量。MWDC适合的计数率比MWPC低，但其位置分辨较好(250m)，因而作为带电粒子径迹探测器的首选。 阳极采用了20m的W(Au)；阴极丝和场丝，采用了100m的Be-Cu丝(Be含量2)。共6个阳极面，9个阴极面。2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会11608010012014016080120160200240

5、280 Simulation m f( m)MeasuredCAMAC测量系统，前端电子学系统来自于测量系统，前端电子学系统来自于BESII主漂移室。主漂移室。漂移时间宽度约为100ns，探测效率在94%以上，其位置分辨约为210mMWDC探测器性能探测器性能2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会12300600目不锈钢丝编织网制作Mesh电极灵敏面积： 5050mm2鱼线支撑Micromegas探测器探测器mmE1kV/cm平纹不锈钢网PCB板（条形读出）2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会1325%有效增益与打火率与Mesh电压的关系55Fe 5.9keV

6、 X-射线能量分辨(FWHM=25%)2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会1415ns读出电极周期400 m ，位置分辨120m读出电极周期200 m ，位置分辨90m1 1、利用宇宙射线成功测试了、利用宇宙射线成功测试了MicromegasMicromegas探测探测器的时间分辨（器的时间分辨（15ns15ns）和效率（）和效率（97%97%）。）。2 2、利用、利用5555Fe 5.9keV XFe 5.9keV X射线测试，全能光电峰射线测试，全能光电峰的最佳能量分辨率为的最佳能量分辨率为17%17%（镍膜）、（镍膜）、25%25%（不锈（不锈钢网）；增益钢网）；增益1

7、0104 4。3 3、有良好的位置准确性和线性，分辨为、有良好的位置准确性和线性，分辨为90m90m。2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会15ElectronsIons Resistive Electrode Thick Gas Electron Multiplier RETGEM探测器探测器单层与双层RETGEM的结构PCB版 1mm厚，孔径 0.8mm, 孔间距1.2mm, 阻尼层30m, 灵敏面积3030mm2 . 2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会16RETGEM探测器的性能测试结果单层RETGEM的能量分辨(FWHM=28%)单层RETGEM的能

8、量分辨与打火率双层RETGEM的能量分辨(FWHM=25%)。双层RETGEM的能量分辨与打火率能量分辨30%；增益1032010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会17三、晶体组工作（李松林）三、晶体组工作（李松林）实验室： CsI(Tl)晶体生长厂房、晶体加工抛光实验室、晶体提纯实验室；HgI晶体试生长2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会18CSR外靶终端晶体墙 CSR外靶终端晶体墙的工作。 16个环，1024根掺铊的碘化铯晶体，从2009年8月3日开始加工、抛光和测试，现已完成（整个球的1/6）。2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会19CsI

9、(TlCsI(Tl) )晶体单元测试方案晶体单元测试方案 快速测试快速测试 实验终端实验终端包装方案：包装方案：Teflon+Al-mylar ESR 耦合方式：空气耦合耦合方式：空气耦合 硅油硅油 PMT: R7724 APD光输出端光输出端要求：要求：能量分辨应小于能量分辨应小于10% (10% (E Er r10%) 10%) 非均匀性测试低于非均匀性测试低于7% (7% (U U7%)7%) 2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会20CsI(Tl)单元测试：晶体合格率达94%均匀性均匀性能量分辨能量分辨能量分辨能量分辨APD测量应好于测量应好于9% 均匀性均匀性APD测

10、量应好于测量应好于7% 2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会21新晶体的研究 不同铊掺杂比的碘化铯晶不同铊掺杂比的碘化铯晶体体 ： 光电倍增管测量的结果 误差棒表示能量分辨 低本底低本底CsI晶体晶体：地下实验室暗物质测量，送清华大学测量，结果期待中。 HgI晶体和氯化镧、溴化镧晶体试生长2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会22四、固体探测器组工作（李占奎）四、固体探测器组工作（李占奎）实验室： 微电子工艺实验室； Si(Li)漂移探测器实验室；金硅面垒探测器实验室；实验靶制备及镀膜实验室。金硅面垒金硅面垒锂漂移硅探测器锂漂移硅探测器离子注入型硅条探测器离子

11、注入型硅条探测器P-I-N型型P-N结型结型2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会23工艺实验室布局10023m210,000120m2100,00080m2Periphery180m2Air conditionerPowerPowerCompressedAirVacuumWater coolingsystemEatonAnnealOxidationCoatingTestBenchUV-LithoShoesGasesPurgingClothes2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会24工艺实验室主要设备2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会25厚

12、耗尽层厚耗尽层Si探测器的研制探测器的研制 耗尽层厚度受Si材料电阻率和工作电压的限制，一般不超过11.5毫米。Si(Li)探测器：Li离子漂移到P型Si 片内部并处于替代位置而进行补偿，形成准本征硅材料（I）区，其电阻率可达100Kcm以上。这样在较低的偏压下，可得到厚的耗尽层。 我所：灵敏层厚度为3.5 5 mm,工作偏压200 300V（卫星项目）利用“叠层”结构获得厚耗尽层：将若干个用平面工艺+离子注入形成的探测器叠加起来，耗尽层随之增大。 Si(Li)：207Bi内转换电子谱内转换电子谱4mm叠层：叠层：207Bi内转换电子谱内转换电子谱2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会26硅微条探测器研制硅微条探测器研制与北大合作，已联合研制了下列三种硅条探测器（北大生产线上）在近物所微电子工艺实验室生产线上还在研制阶段单面单面Si 条两维位置灵敏探测器条两维位置灵敏探测器单面单面Si 条探测器条探测器双面双面Si 条两维位置灵敏探测器条两维位置灵敏探测器2010-8-15第十五届全国核电子学与核探测技术年会27谢谢！欢迎指导！