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1、MWPC气体探气体探测器的研制器的研制王王艳凤 孙志嘉志嘉 祁祁辉荣荣 田立朝田立朝中国科学院高能物理研究所中国科学院高能物理研究所CSNS 探探测器系器系统Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024研究背景研究背景大面积大面积MWPC探测器的研制探测器的研制难点克服难点克服工作丝的拉伸工作丝的拉伸丝张力的测试丝张力的测试测试结果测试结果多层多层MWPC探测器的研制探测器的研制延迟块读出方式延迟块读出方式初步测试结果初步测试结果总结总结2OutlinePage散裂中子源进展汇报 29 七月 2024我国先我国先进研究堆（研究堆（CARR）和散裂中子源（）和散裂中子源（CSNS）需求：需求
2、：大面大面积、高效率、高效率和具有二和具有二维定位精度的中子探定位精度的中子探测器成器成为主要的研究方向主要的研究方向。MWPC气体探气体探测器作器作为中子探中子探测的的备选：有很好的有很好的n/gamma鉴别能力能力MWPC的物的物质量少，制作多量少，制作多层结构构对中子的散射影响中子的散射影响较小小IHEP具具备MWPC的制作基的制作基础和和经验，可以利用，可以利用现有技有技术平台快速平台快速开展研究开展研究3CARRCSNS研究背景研究背景Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024阴极窗：工作高阴极窗：工作高压为负高高压，提供漂移，提供漂移电场。阳极板：阳极板：张力力为50g，共，
3、共165根根丝焊接一起。接一起。读出出丝：张力力为120g，330根根丝共共165路路读出。出。读出条：垂直于阳极出条：垂直于阳极丝，共，共165路路读出。出。d=8mmd= 4mmd= 4mmw=2mms= 4mmY View4有效面积有效面积650 mm 650 mm阴极窗阴极窗130m阳极丝阳极丝25m，间距，间距4mm读出丝读出丝50m，间距，间距2mm读出条读出条4mm，条宽，条宽2mm读出方法读出方法重心法重心法工作气体工作气体Argon、CO2气体压强气体压强流气室流气室大面积大面积MWPC探测器结构探测器结构Page散裂中子源进展汇报 29 七月 202452mm厚阳极厚阳极丝
4、板受到的板受到的张力力8250g。2mm厚厚读出出丝板受到的板受到的张力力39600g。机械机械设计实现张力力转移。移。050100150200203040506070阳极阳极丝0100200300400100120140读出出丝HVwire丝的拉伸、张力的测试丝的拉伸、张力的测试Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024测试结果测试结果 增益增益6探测器电荷前放读出丝信号读出条信号阳极丝信号GQFANCACStartClockTriggerVME 64XPCBy IHEP电子学、获取组电子学、获取组探测器室体探测器室体混合气体：混合气体：Ar/CO2(90/10)55Fe X射射线在工
5、作气体中在工作气体中产生的原初生的原初电子数子数N200在在电子学的收集子学的收集时间内内（1s），阳极），阳极丝可以收集可以收集50%的的电荷量荷量阳极阳极丝产生的生的电荷量荷量(fc)为：Q=0.5NGe=0.016GPage散裂中子源进展汇报 29 七月 2024测试结果测试结果 能量分辨能量分辨 718.4%工作气体： Ar/CO2(90/10)高压：1900V/-1500V狭缝200m，厚10mm。能量分辨：18.4%。探探测器的能量分辨器的能量分辨在不同高在不同高压、不同、不同位置上均保持在位置上均保持在20%左右。左右。Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024测试结果测试
6、结果 位置分辨位置分辨8好的X射线事例的选择标准：着火条数均为57根。X读出平面感应电荷量范围120480。Y读出平面感应电荷量范围100400。位置分辨：=0.24mm。随着阳极丝高压的增加，沿着丝方向的位置分辨变好。不同位置的位置分辨Sigma保持在0.2mm左右。Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024基于基于3He、MWPC中子探测物理过程分析：中子探测物理过程分析：9多丝正比室本征位置分辨多丝正比室本征位置分辨：3H、P在工作气体中电离、原初电子雪崩放大。为实现65%的中子探的中子探测效率，探效率，探测器的器的设计中采用：中采用： 4.8atm3He+1.2atmC3H8。质
7、子在子在该混合气体中的射程混合气体中的射程为2.71mm。核反核反应产生的次生的次级粒子粒子带来的偏差：来的偏差：MWPC沿着沿着丝方向的本征位置分辨：方向的本征位置分辨：探测器对中子的位置分辨（FWHM）： = 2.35mmPage散裂中子源进展汇报 29 七月 2024多层多层MWPC探测器的研制探测器的研制10有效面积有效面积100 mm 100 mm涂硼厚度涂硼厚度2 3 m层数层数 2层层阳极丝阳极丝25m，间距，间距2mm读出丝读出丝25m，间距，间距2mm读出条读出条1mm，条宽，条宽0.8mm读出方法读出方法 延迟块延迟块工作气体工作气体Argon、CO2气体压强气体压强1个大
8、气压个大气压延迟块单元、柔性电路板Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024延迟块性能测试、刻度延迟块性能测试、刻度11延迟单元特征：延迟单元特征：延迟芯片延迟芯片1507-50C延迟时间延迟时间5ns/tab，阻抗，阻抗200等效电容等效电容25pF等效电感等效电感1H截止频率截止频率20MHz通道间差异和时间延时线性，好于3%线性刻度：线性刻度：读出丝板共读出丝板共50路，位置与时路，位置与时间差成线性关系：间差成线性关系：y= 0.095x + 25.17读出条板共读出条板共100路，位置与时路，位置与时间差成线性关系：间差成线性关系：y=0.0829x + 51.38Page散裂
9、中子源进展汇报 29 七月 2024初步进展初步进展随着阴极随着阴极负高高压的的增加，能量分辨逐增加，能量分辨逐渐稳定。定。当当Cathode不加高不加高压时，仍然可以，仍然可以发生生雪崩雪崩现象，但信噪象，但信噪比非常差。比非常差。阴极阴极负高高压，对探探测器的增益，影响器的增益，影响不大。不大。12Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024初步进展初步进展坪曲坪曲线：坪坪长300V（1950V 2250V）55Fe能能谱：13Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024初步进展初步进展Ar/CO2（90/10），），5.9keV 55Fe，阳极，阳极丝信号信号经前方，前方，进入多
10、道。入多道。多道利用信号多道利用信号发生器生器进行能量刻度。行能量刻度。在坪区范在坪区范围内，能量分辨保持在内，能量分辨保持在25%左右，同左右，同时，增益呈指数上升。，增益呈指数上升。14Page散裂中子源进展汇报 29 七月 2024总结总结大面大面积MWPC:大面大面积MWPC能正常工作，并完成室探能正常工作，并完成室探测器的器的测试，包括增益、位，包括增益、位置分辨（置分辨（sigma 0.24mm）、能量分辨（）、能量分辨（20%）。）。后后续在条件允在条件允许的情况下，充入高气的情况下，充入高气压的的3He气体气体进行中子行中子测试。多多层MWPC:2层MWPC结构基本可以正常运行，通构基本可以正常运行，通过多道，初步多道，初步测试了探了探测器的器的能量分辨（能量分辨（25%）。）。研究延研究延迟块读出方式的可行性，完成出方式的可行性，完成线性刻度。性刻度。后后续配配齐电子学，子学，进行位置分辨等性能的行位置分辨等性能的测试。15Page散裂中子源进展汇报 29 七月 202416谢谢！谢谢！
