涂硼GEM中子束监测器的模拟PPT课件

1、涂硼GEM中子束监测器的模拟王艳凤高能物理研究所1/22contentsu 涂硼GEM中子束监测器的介绍u GEM膜性能的模拟 模型的建立（ANSYS） 场强的分布（Garfield）u GEM中子束监测器的模拟 增益 单电子 中子（、7Li）2/22涂硼GEM中子束监测器介绍neee10BReadoutGEM使用双层GEM对原初电离放大，整个信号宽度在200ns左右。使用10B作为转换层，实时的监测中子束流强度，为后续探测器提供归一化参数，减小实验误差。3/22GEM膜性能的模拟l 模型的建立（ANSYS） 根据GEM膜的几何特征，构建最小单元格。 通过有限元分析方法计算探测器中电磁场的分布

2、情况。电势场强4/22l 电场强度的分布（Garfield） 模拟气体探测器的性能，计算粒子在探测器中产生的电离电荷并且追踪其雪崩和漂移过程。GEM膜性能的模拟电子产生雪崩倍增现象的阈值场强约11kV/cmGEM膜孔内电场强度分布GEM膜孔内中心点电场强度5/22GEM中子束监测器的模拟增益l GEM膜增益 GEM增益增益=（入孔系数入孔系数GEM绝对增益绝对增益出孔系数出孔系数） 入孔系数：漂移电子进入GEM孔概率 出孔系数：GEM孔中电子被收集概率 绝对增益：GEM绝对增益随两面电极电压升高而升高，目前实验采用电压为380Vl GEM监测器的增益 不同的气体比例 Ar:CO2=70：30

3、Ar:CO2=95：5 不同的模拟方式 Microscopic Monte-Carlo6/22GEM中子束监测器的模拟增益l GEM膜增益入孔系数（ focus coefficient ） 从漂移区一定范围内随机漂移电子，统计不同电压设置下电子进入GEM孔的数量，得到入孔效率 漂移区长度 0.5cm，模拟使用不同的GEM膜电压电子入孔率只与Edrift/vGEM的比值有关。vGEM=380v，Edrift=13kV/cm7/22From Fan Shengnan Italyl GEM膜增益出孔系数（ extract coefficient ） GEM孔中电子被阳极收集概率（induct are

4、a 0.2cm）GEM中子束监测器的模拟增益出孔率与vGEM无关，随Einduct (v/cm)增大，30%电子被GEM膜吸收。8/22From Fan Shengnan Italyl 传输区电场的优化Etransfer 对于两层GEM监测器而言，传输区电场既影响上层GEM的电子出孔系数，同时也影响下层GEM的电子入孔系数。 两层GEM间的传输区电场需要综合考虑，使得上下两层GEM的总增益（两者乘积）最高。GEM中子束监测器的模拟增益漂移区电场13kV/cm时，可以得到较大的入孔系数（约100%）。较大的收集区电场可以得到较大的出孔系数（3kV/cm。u GEM监测器的增益随着CO2比例的减小

5、而提高，随着GEM膜两端电压的增加而指数上升。u Monte-Carlo与Microscopic 模拟方法得到GEM监测器的增益类似，但Microscopic 模拟方法可以得到详细的雪崩电子信息，以下模拟均采用Microscopic 模拟方法。GEM中子束监测器的模拟增益11/22GEM中子束监测器的模拟单电子l GEM监测器的参数Edrift=1kV/cm，Etransfer=3kV/cm，Einduct=3kV/cmvGEM1=vGEM2=380VDrift：transfer：induct=5:2:2 (mm)单电子在GEM监测器中的雪崩漂移现象，一定量的雪崩电子会被GEM膜吸收。12/2

6、2GEM中子束监测器的模拟单电子l GEM监测器的参数Edrift=1kV/cm，Etransfer=3kV/cm，Einduct=3kV/cmvGEM1=vGEM2=380VDrift：transfer：induct=5:2:2 (mm)电子雪崩位置电子终止位置较多的电子被GEM2下表层Cu膜吸收。13/22GEM中子束监测器的模拟单电子l GEM监测器的参数Edrift=1kV/cm，Etransfer=3kV/cm，Einduct=3kV/cmvGEM1=vGEM2=380VDrift：transfer：induct=5:2:2 (mm)单点电子在收集板上的扩散约200m。14/22GE

7、M中子束监测器的模拟单电子说明vGEM的改变对电子的位置、时间扩散无明显影响。l改变GEM两端电压，得到电子的位置及时间扩散与vGEM之间的关系图。15/22GEM中子束监测器的模拟单电子l改变漂移区电场，得到电子的位置及时间扩散与Edrift之间的关系图。改变漂移区电场强度，均能影响电子的位置扩散及时间涨落。16/22l 使用GEANT4程序得到中子入射10B转换层后产生的与7Li离子GEM中子束监测器的模拟中子（、7Li）GEANT4设置：10B 0.1微米，入射热中子能量0.025eV17/22(0.1m，5)GEM中子束监测器的模拟中子（、7Li）入射离子在Pad上的响应将每个读出Pa

8、d上收集的电子数填入二维谱得到入射离子在Pad上的电荷响应18/22Readout:5cmPad:5mml 通过重心法对离子入射位置进行计算，得到同一位置入射离子位置分布谱l 中子从Pad中心入射得到的位置分布图（Pad 5mm）GEM中子束监测器的模拟中子（、7Li）x-y方向位置分布x方向位置分布19/22中子从Pad中心入射，位置分辨约150m。5mmPad使用数字读出位置分辨位置分辨随中子入射位置变化使用数字信号读出可以达到与模拟信号读出相似的效果GEM中子束监测器的模拟中子（、7Li）20/22总结u 通过使用Garfield、ANSYS模拟软件，针对GEM膜的入孔系数、出孔系数的计算，给出了GEM监测器的漂移电场、传输电场、收集电场的优化值。u 通过模拟单电子的漂移雪崩过程，给出GEM监测器的增益变化，以及雪崩电子的漂移时间涨落和最终的位置扩散情况。u 结合GEANT4给出了在GEM监测器中的中子位置分辨，并说明5mmPad采用数字读出方式是可行的。21/2222/22改变Pad大小对离子位置分辨的影响GEM中子束监测器的模拟中子（、7Li）8mm2mm在极端情况下的位置分辨：入射离子位置在4个Pad之间的情况下，以及Pad大小对极端情况下位置分辨的改善GEM中子束监测器