PICOSEC-Micromegas探测器的研究进展课件.pptx
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- PICOSEC Micromegas 探测器 研究进展 课件
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1、PICOSEC Micromegas探测器的研究进展王旭核探测与核电子学国家重点实验室,中国科学技术大学第九届先进气体探测器研讨会12022-7-25 目录王旭第九届先进气体探测器研讨会2背景介绍基于DLC的光阴极研究PICOSEC MM探测器的研究总结基于微结构气体基于微结构气体探测器的高时间探测器的高时间分辨探测器分辨探测器 研究背景王旭第九届先进气体探测器研讨会3PID techniques:Alternatives to RICH methods,J.Vavra,NIMA 876(2017)185-193.堆积效应显著高计数率能力高计数率能力强抗辐照能力强抗辐照能力高高颗粒颗粒度度高能
2、量高能量高亮度高亮度研究方向研究方向实验需求实验需求高时间分辨高时间分辨 研究介绍王旭第九届先进气体探测器研讨会4PICOSEC Micromegas探测器探测器原理示意图“PICOSEC:Charged particle timing at sub-25 picosecond precision with a Micromegas based detector”,J.Bortfeldt et.al.NIM A,2018光阴极研究 耐用型/CsI光阴极寿命探测器研究 多阳极/大面积时间分辨:24 ps 150GeV muon取得的成果深入研究方向研究目标高计数率、抗辐照、高颗粒度的新型高时间分
3、辨的Micromegas探测器CsI光阴极存在脆弱性、辐照损伤的问题 光阴极的研究王旭第九届先进气体探测器研讨会5CsICsI光阴极的保光阴极的保护护替代替代光阴极光阴极New detector structure:Double mesh MicromegasCsI with protection layer:LiF,MgF2Pure metallic:Al,CrDiamond-Like Carbon(DLC)Diamond&secondary emitter 光阴光阴极的研究极的研究已经取得很好的结果:已经取得很好的结果:耐用性强:空气环境、离子轰击等使用DLC光阴极的PICOSEC MM探
4、测器具有很好的性能:42 ps150GeV muon,97%的探测效率 DLC光阴极的老化测试王旭第九届先进气体探测器研讨会6光阴极的老化测试系统与原理图 紫外光源:波长为213nm高强度激光器 光源强度P(t):激光光功率计 探测器阴极上产生的电流I(t):皮安表(记录反馈离子在光阴极山产生的电流)DLC光阴极的老化测试王旭第九届先进气体探测器研讨会7纵坐标:DLC光阴极的量子效率性能表征初步结果:当光阴极表面积累电荷达到100mC/cm2,性能仍然没有下降CsI光阴极的典型值:几mC/cm2两次束流实验,相同方法,不同探测器空气环境中保存几个月,两次束流实验,性能没有变差Anode/Dri
5、ft Voltage(V)Time resolution(ps)Aug.Oct.250/-5504537275/-5254738275/-5504234300/-5004839300/-5254334同一个光阴极的两次束流实验PreliminaryDLC光阴极的老化研究激光测试结果 光阴极的优化研究王旭第九届先进气体探测器研讨会8研究方向1.通过掺杂改善能带结构2.优化DLC材料中的sp3和sp2的比值3.降低材料表面亲和势P型掺杂表面处理镀膜工艺形成P型半导体,使用B靶或B4C靶sp3含量影响QE性能,镀膜工艺影响sp3的含量氢等离子体轰击,降低表面亲和势,形成负电子亲和势 B掺杂量,如何掺
6、杂 厚度优化 镀膜方法:脉冲激光沉积(PLD)、真空阴极电荷放电沉积 H等离子体表面处理 基于磁控溅射的含硼光阴极王旭第九届先进气体探测器研讨会9纯纯B B4 4C C靶靶纯纯C C靶靶镀膜样品腔与磁控溅射的靶材光阴极材料光阴极材料厚度厚度镀膜时真空度镀膜时真空度B4C3nm1E-5 TorrB4C10nm1E-5 TorrB4C10nm3E-7 TorrB4C20nm1E-5 TorrC+B4C3nm DLC+10nmB4C1E-5 TorrC+B4C3nm DLC+3nmB4C1E-5 Torr制备不同条件的样品State Key Laboratory of Solid Lubricati
7、on,Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Science B4C样品测试结果王旭第九届先进气体探测器研讨会10方法一:铜板直接收集光电子,测电流方法二:MCP探测器测光电子的计数两种方法给出的结果一致两种方法测量量子效率的比较B4C样品与DLC样品的比较(MCP测计数法)10nm厚的厚的B4C具有最优的量子效率,相比于DLC最好的结果,有了很大的提升QE测试基于西安西安光机所系统,详见backup 基于脉冲激光沉积的光阴极王旭第九届先进气体探测器研讨会11镀膜系统与镀膜原理图 脉冲激光沉积的靶材纯石墨靶硼靶与石墨靶组
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