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11TPC TPC TPC (Time Projection Chamber) TPC (Time Projection Chamber) 一、結(jié)構(gòu)和工作原理 一、結(jié)構(gòu)和工作原理 E和B方向平行且與陽(yáng)極絲垂直Lorentz力為0； 電離的徑跡會(huì)因電子漂移中 的橫向擴(kuò)散而變寬，不過(guò)很 強(qiáng)的磁場(chǎng)會(huì)減小這種影響。 柵絲的作用是使漂移場(chǎng)的電力線(xiàn)形成一個(gè)漏斗形，將電離電子聚集到靈 部分陽(yáng)極絲（空間絲）下面有由感應(yīng)片組成的陰極感應(yīng)條。 22 空間絲上帶電粒子的徑跡坐標(biāo)就由絲上雪崩空間絲上帶電粒子的徑跡坐標(biāo)就由絲上雪崩 在感應(yīng)片上感應(yīng)信號(hào)的重心所決定。 在感應(yīng)片上感應(yīng)信號(hào)的重心所決定。 （（100 100 mm）） 漂移時(shí)間給出漂移時(shí)間給出zz向的位置。 向的位置。（（300 300mm）） 兩者結(jié)合，給出帶電粒子的三維坐標(biāo)。兩者結(jié)合，給出帶電粒子的三維坐標(biāo)。 33 二、PEPPEP--44的高壓 的高壓TPC TPC 圓柱半徑圓柱半徑1m 1m，長(zhǎng) ，長(zhǎng)2m 2m。。 圓柱中央有一加負(fù)高壓圓柱中央有一加負(fù)高壓 （（--150kV 150kV）的電極將圓柱 ）的電極將圓柱 分為左右對(duì)稱(chēng)的兩半。 分為左右對(duì)稱(chēng)的兩半。

圓柱的兩端面是柵絲平面、圓柱的兩端面是柵絲平面、 陽(yáng)極絲平面（包括靈敏絲和 陽(yáng)極絲平面（包括靈敏絲和 場(chǎng)絲）和陰極感應(yīng)平面。 場(chǎng)絲）和陰極感應(yīng)平面。 磁場(chǎng)磁場(chǎng)B=1.5T B=1.5T，與電場(chǎng)平行， ，與電場(chǎng)平行， 測(cè)動(dòng)量，減小漂移電子的橫 測(cè)動(dòng)量，減小漂移電子的橫 向擴(kuò)散。 向擴(kuò)散。 每個(gè)端面分6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有183根靈敏絲，彼此平行且與半徑方向垂直，絲距 4mm。其中15根絲彼此距離相等，下面有 7.5x7.5mm的感應(yīng)片。 ArAr（（80% 80%） CH44 （（20% 20%）。 PEPPEP--44的的TPC TPC側(cè)重于粒子鑒別，故充以高氣壓（ 側(cè)重于粒子鑒別，故充以高氣壓（8.5 8.5 個(gè)大氣壓），有利于 個(gè)大氣壓），有利于dE/dX dE/dX的測(cè)量。 的測(cè)量。 dE/dX dE/dX 的能量分辨 的能量分辨3% 3% 空間分辨空間分辨 tancos sec 其中氣體探測(cè)儀，L為漂移距離，L =1m為最大漂移距離； 為帶電粒子徑跡與靈敏絲平面垂直方向的夾角；為電子的俘獲率； xy=160m 最小值 Z向空間分辨為 =340m55 11個(gè)大氣壓個(gè)大氣壓Ar Ar（（80% 80%） CH4CH4（（20% 20%）。

圓柱長(zhǎng)圓柱長(zhǎng)2.66m 2.66m。。 圓柱中央有一加負(fù)高壓圓柱中央有一加負(fù)高壓 （（--20kV 20kV）的電極將圓柱分 ）的電極將圓柱分 為左右對(duì)稱(chēng)的兩半。 為左右對(duì)稱(chēng)的兩半。 與電場(chǎng)平行磁場(chǎng)與電場(chǎng)平行磁場(chǎng)B=1.2T B=1.2T 每個(gè)端面分每個(gè)端面分66個(gè)扇區(qū)，每個(gè) 個(gè)扇區(qū)，每個(gè) 扇區(qū)有 扇區(qū)有192 192根靈敏絲， 根靈敏絲， 陰極板有陰極板有16 16圈感應(yīng)片 圈感應(yīng)片，每 圈相距圈相距4.5cm 4.5cm。每片面積 。每片面積 為為52.5mm 52.5mm ，每圈的片數(shù)，每圈的片數(shù) 從從16 16到 到144 144片不等，但為 片不等，但為 16 16的倍數(shù)。寬度不同 的倍數(shù)。寬度不同 三、DELPHIDELPHI的常壓 的常壓TPC TPC 66 L=4.2m,D=4m 內(nèi)外扇區(qū)陰極片尺寸不一樣內(nèi)外扇區(qū)陰極片尺寸不一樣 四、STARSTAR上的 上的TPC TPC 77 60 cm 190 cm Outer sector Outer sector 6.2 6.2 19.5mm pads 19.5 mm pads 3940 pads 3940 pads Inner sector Inner sector 2.85 2.85 11.5 mm pads 11.5 mm pads 1750 pads 1750 pads 24sectors 24 sectors (12 side)(12 Largepads Large pads good dE/dx good dE/dx resolution Outersector sector Smallpads Small pads goodtwo goodtwo track track resolution innersector sector 70 Millions readout Channels 70 Millions readout Channels Outer InnerSectors PadPlane Outer InnerSectors PadPlane 88 4mm anode gated grid V=150V 增加增加““門(mén)門(mén)””絲絲 以減小高計(jì)數(shù)率下的空 以減小高計(jì)數(shù)率下的空 間電荷效應(yīng)乙醇檢測(cè)儀，加快正離 間電荷效應(yīng)，加快正離 子收集 子收集 由與在TPCTPC中心發(fā)生 中心發(fā)生 對(duì)撞時(shí)間有關(guān)的外加脈 對(duì)撞時(shí)間有關(guān)的外加脈 沖觸發(fā) 沖觸發(fā) 99 用于重離子固定靶實(shí)驗(yàn)。

用于重離子固定靶實(shí)驗(yàn)。 規(guī)模較??；由于重離子碰撞中產(chǎn)生的很高的粒子徑跡密度， 規(guī)模較小；由于重離子碰撞中產(chǎn)生的很高的粒子徑跡密度， 因此側(cè)重點(diǎn)在雙徑跡分辨及次級(jí)頂點(diǎn)的重建。 因此側(cè)重點(diǎn)在雙徑跡分辨及次級(jí)頂點(diǎn)的重建。 密布的短絲（密布的短絲（NA36 NA36，，BNL810 BNL810氣體探測(cè)儀，無(wú)感應(yīng)條讀出） ，無(wú)感應(yīng)條讀出） 將陰極感應(yīng)條平面分成大量的感應(yīng)片（將陰極感應(yīng)條平面分成大量的感應(yīng)片（NA35 NA35，，HISS HISS，， 無(wú)信號(hào)絲讀出） 無(wú)信號(hào)絲讀出） ee 對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)中的對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)中的TPC TPC有好的動(dòng)量分辨及粒子鑒 有好的動(dòng)量分辨及粒子鑒 別，雙徑跡分辨較差； 別，雙徑跡分辨較差； 重離子實(shí)驗(yàn)中的 重離子實(shí)驗(yàn)中的TPC TPC有好的雙徑跡分辨，一般也有好的 有好的雙徑跡分辨，一般也有好的 動(dòng)量分辨，但粒子鑒別能力較差 動(dòng)量分辨，但粒子鑒別能力較差 五、其它氣體 五、其它氣體TPC TPC 10 10 用液體代替氣體作為帶電粒子的探測(cè)介質(zhì)有許多用液體代替氣體作為帶電粒子的探測(cè)介質(zhì)有許多 優(yōu)點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)。 氣泡室、液氬電磁量能器 氣泡室、液氬電磁量能器 液體液體TPC TPC具有良好的能量與空間分辨，像氣泡室 具有良好的能量與空間分辨，像氣泡室 一樣，能給出電離徑跡的三維成像。

特別適合高 一樣，能給出電離徑跡的三維成像。特別適合高 精度、大質(zhì)量的應(yīng)用與尋找稀有事例的實(shí)驗(yàn)中， 精度、大質(zhì)量的應(yīng)用與尋找稀有事例的實(shí)驗(yàn)中， 例如太陽(yáng)中微子、質(zhì)子衰變及雙 例如太陽(yáng)中微子、質(zhì)子衰變及雙衰變等。 衰變等。 常用液氬常用液氬(LAr) (LAr) 六、液體 六、液體TPC TPC 11 11 屏蔽柵屏蔽柵(Y) 感應(yīng)平面感應(yīng)平面(Y) (Y)由靈敏 由靈敏 絲（22根一組，相距根一組，相距 0.6mm 0.6mm）、屏蔽絲 ）、屏蔽絲 構(gòu)成 構(gòu)成 收集平面收集平面(X) (X)給出另 給出另 一維坐標(biāo) 一維坐標(biāo) 屏蔽柵的存在，使得屏蔽柵的存在，使得 在漂移電子未穿過(guò)柵 在漂移電子未穿過(guò)柵 絲之前，不會(huì)在靈敏 絲之前，不會(huì)在靈敏 絲上產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。 絲上產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。 屏蔽柵平面對(duì)漂移電子100%透明的條件E2/E1>1.4 E3/E1>3 電場(chǎng)線(xiàn)將在感應(yīng)平面的靈敏絲之間通過(guò)而 到達(dá)收集平面的靈敏絲 1212 三維成像三維成像 每個(gè)事例 每個(gè)事例22個(gè)二維平面成像： 個(gè)二維平面成像： 漂移時(shí)間 漂移時(shí)間--感應(yīng)絲、漂移時(shí)間 感應(yīng)絲、漂移時(shí)間- -收集絲 收集絲 被取樣采集的電荷值表示為像素的黑度，越黑表示電荷值越高被取樣采集的電荷值表示為像素的黑度，越黑表示電荷值越高 13 13 宇宙線(xiàn)引起的簇射在收集面的成像 包含電磁簇射和強(qiáng)子簇射 小黑點(diǎn)由1MeV的光子形成 14 14 15 15 MDM MDM 頂點(diǎn)探測(cè)器位于最內(nèi)部，維修難。

不僅要求定位精度高和計(jì)數(shù)率限高，頂點(diǎn)探測(cè)器位于最內(nèi)部氣體探測(cè)儀甲苯檢測(cè)儀，維修難。不僅要求定位精度高和計(jì)數(shù)率限高， 還要求高可靠性、抗輻射性能強(qiáng)。 還要求高可靠性、抗輻射性能強(qiáng)。 MDM (Multidrift Module) MDM (Multidrift Module) 一、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 單元：半徑1.5mm1+6； 31m的不 銹鋼絲性能最好 模塊：70個(gè)單元包在30mm的六角形碳纖 維管內(nèi)。管子作為機(jī)械 支撐、氣體密封。 每根徑跡30次取樣16 16 二、性能 縱向（沿絲）分辨率0.9%絲長(zhǎng) 抗輻照性能好：0.5-1.0A/cm，比通常 的MWPC好20倍 單元死時(shí)間30-40ns17 17 一、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 由由44--6mm6mm的圓柱形連 的圓柱形連 續(xù)陰極面代替幾根陰極 續(xù)陰極面代替幾根陰極 絲限定的小單元。 絲限定的小單元。 陰極是鋁化的陰極是鋁化的Mylar Mylar或或 Lexan Lexan膜，厚度 膜，厚度30 30mm，， 并不引進(jìn)更多的散射和 并不引進(jìn)更多的散射和 吸收 吸收 當(dāng)絲斷裂時(shí)可以起到很當(dāng)絲斷裂時(shí)可以起到很 好的隔離作用，也可較 好的隔離作用，也可較 好地消除噪聲 好地消除噪聲 長(zhǎng)度可達(dá)幾米，需中間長(zhǎng)度可達(dá)幾米，需中間 加支撐。

加支撐。 STC STC STC (Straw Tube Chamber) STC (Straw Tube Chamber) 18 18 二、性能 單元死時(shí)間：~40ns 進(jìn)一步減小管子的直徑、增加長(zhǎng)度是對(duì)制作工藝的挑戰(zhàn)。 19 19 MWPCMWPC和漂移室是具有代表性的氣體探測(cè)器。 和漂移室是具有代表性的氣體探測(cè)器。不僅在 不僅在 粒子物理實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用，且在 粒子物理實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用，且在XX射線(xiàn)晶體學(xué)、 射線(xiàn)晶體學(xué)、 生物醫(yī)學(xué)和天體物理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 生物醫(yī)學(xué)和天體物理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 MWPCMWPC的局限性： 的局限性： 垂直陽(yáng)極絲方向，空間分辨率有絲距（垂直陽(yáng)極絲方向，空間分辨率有絲距（2mm 2mm）決定。 ）決定。 由于正離子收集時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)數(shù)率受到限制。由于正離子收集時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)數(shù)率受到限制。 解決方法： 解決方法： 減小絲距減小絲距::改進(jìn)空間分辨率，減小每根絲承受的粒子通量。 改進(jìn)空間分辨率，減小每根絲承受的粒子通量。 減小陽(yáng)極和陰極間的氣隙：縮短離子收集時(shí)間，減小空間電荷減小陽(yáng)極和陰極間的氣隙：縮短離子收集時(shí)間，減小空間電荷 效應(yīng) 效應(yīng) 但這兩種方法都會(huì)減小輸出幅度（但這兩種方法都會(huì)減小輸出幅度（MM、電離數(shù)），機(jī)械加工精 、電離數(shù)），機(jī)械加工精 度的限制（ 度的限制（S

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