我们提出一种多路直流模式读出的弧形无像差探测器用于同步课件

弧形THGEM探测器多路直流模式读出研究陈石中国科学院大学第三届全国微结构气体探测器研讨会2012弧形THGEM探测器多路直流模式读出研究陈石第三届全国微结构Outline背景简介一维弧形无像差THGEM探测器实验布置实验结果及进展Outline背景简介1.1多路读出粉末晶体的X射线衍射实验示意图单色的X射线以一定角度射向粉晶样品，会形成一系列衍射线，所有衍射线在空间中形成张角不同的圆锥面。衍射圆锥面的中心角与晶体面间距相关，通过测量衍射图样可以研究晶体结构。左图为北京同步辐射装置(BSRF)漫散射站使用的五圆衍射仪，使用单路读出探测器进行逐点扫描测量空间衍射线，角分辨率好但测量速度较慢。采用多路读出探测器可以节省测量时间。1.1多路读出粉末晶体的X射线衍射实验示意图单色的X射线采用平板结构的探测器测量X衍射线时会产生像差，对测量精度（角分辨率）带来影响左图为像差产生示意图，深色部分是平板探测器探测灵敏区。测量斜射的衍射线时，X射线电离可能发生在经过路径的任何一点上，电离位置的不确定性造成了位置测量的误差，即像差。使用探测器灵敏区域始终垂直于衍射线的探测器可以消除像差影响，如一维弧形探测器Parallaxerror,s.d.PintoNSS/MIC,2009IEEE1.2弧形无像差采用平板结构的探测器测量X衍射线时会产生像差，对测量精度（角1.3直流模式BSRF的同步辐射光时间结构呈周期性强度相对稳定同时衍射实验测量的是累积效应BSRF时间结构如左图所示，BSRF束流的时间宽度200ps，周期约2ns如果采用脉冲模式进行测量，对电子学要求高，实现较难针对同步辐射衍射实验，提出一种读出一定时间周期内的累积电荷信号，即电流信号的读出方式——直流模式。实现较容易1.3直流模式BSRF的同步辐射光BSRF时间结构如左图所示Outline背景简介2.一维弧形无像差THGEM探测器

2.1性能指标与方案选择

2.2探测器腔室2.3读出电子学

2.4探测系统结构实验布置实验结果及进展Outline背景简介根据上述几点讨论，我们提出一种多路直流模式读出的弧形无像差探测器用于同步辐射衍射实验。探测器设计指标由北京同步辐射漫散射组提出半径:20cm,

接收角度：48°

角分辨：0.2°多路读出：考虑到电子学读出路数限制，我们选择较容易实现的一维弧形读出方案。探测器选择：THGEM具有造价相对低廉、抗辐射能力强、探测器增益可调以适应不同光强（单层THGEM的气体增益可以在1～104的范围内调节）的特点，同步辐射上使用THGEM具有一定优势

2.1性能指标与方案选择直流模式读出的一维弧形THGEM探测器

(探测器腔室、读出电子学)7根据上述几点讨论，我们提出一种多路直流模式读出的弧形无像差探82.2探测器腔室探测器选用自制Thinner-THGEM。与标准THGEM相比，自制200μm厚度Thinner-THGEM具有易于弯曲的特点，可以实现弧形无像差设计。THGEM板的弯曲定型通过三个有机玻璃模块连接而成的探测器腔室完成。82.2探测器腔室探测器选用自制Thinner-THGEM。2.3读出电子学多路阳极读出根据设计要求，探测器张角θ=48°，角分辨0.2°设计320路读出，每路覆盖0.15°角由探测器距衍射样品距离20cm计算可得，0.15°角对应阳极读出条间距为0.52mm。设计读出条宽0.4mm，间隔0.1mm读出条高1.6cm.32路弱电流读出模块：读出pA级电流最大量程900nA采样率1kHz2.3读出电子学多路阳极读出根据设计要求，探测器张角θ=482.4探测系统结构阳极电流信号用排线引出，由弱电流读出模块进行AD转换，FPGA模块将电流读出板输出的高速数字信号采集整合成数据包后，由MCU控制经以太网发送到计算机。2.4探测系统结构阳极电流信号用排线引出，由弱电流读出模块进屏蔽室内：X光源、探测器屏蔽室外：气瓶、高压插件、计算机探测器工作气体：Ne95%+CH4

5%3.实验布置使用搭建完成的探测系统测量X光实验布置如图：屏蔽室内：X光源、探测器3.实验布置使用搭建完成的探测系统测Outline背景简介一维弧形无像差探测器实验布置实验结果及进展

4.1在BSRF生物大分子组X光机上测量4.2在国科大实验室X光机上测量

4.3在同步辐射上筹备工作Outline背景简介4.1在BSRF生物大分子组X光机上测量

BSRF生物大分子组Rigaku-007X射线发生器上测试(10^7光子/秒)32路直流读出：直通光测量角分辨测量4.1在BSRF生物大分子组X光机上测量BSRF生物直通光测量dV(Volt)350360370380390Current(pA)-11896.4-15713.3-19865.2-25326.9-32433.2dV(Volt)400410420430440Current(pA)-40916.7-51457.1-64797.5-82917.2-103448探测器在强流(10^7光子/秒)下工作正常，信噪比约3：1打开X光机快门曝光数秒，关闭快门，对整个过程取数得到单通道波形如下（横轴为开始取数后时间，单位ms）。强流（10^7）下THGEM探测器电压改变90V，电流信号变化约一个数量级,从10nA变化到100nA。（同步辐射衍射线强度与之相当，可作为参考）对快门打开期间的每一路电流信号取平均，相加得到多路信号总合。改变探测器工作电压（改变增益）多次测量，结果如下直通光测量dV(Volt)350360370380390Cu准直器X光机(Cutarget8keV)空间分辨率:σ~0.5条宽~0.25mm角分辨率:

0.07°弧形腔室advantage:parallaxerrorfree角分辨测量X光通过狭缝后进入弧形腔室，得到电流信号在读出条上的分布对分布求高斯拟合，得到：Pad编号电流(pA)准直器X光机空间分辨率:σ~0.5条宽~0.25mm实验室购置的Cu靶(8keV)X光管上测试128路直流读出探测器距离X光管6cm4.2在中国科学院大学实验室X光机上测量实验室购置的Cu靶(8keV)X光管上测试128路直流读出4图上：不加狭缝，测量128路工作情况图下：探测器前加狭缝后信号探测器128路读出工作正常覆盖角度

19.2°实验表明探测系统在实验室X光机上工作良好，下一步进行在同步辐射上的实验图上：不加狭缝，测量128路工作情况探测器128路读出工作正4.3在同步辐射上筹备工作1.粉晶衍射实验分透射式与反射式两种方案，透射式方案要求样品厚度较薄。制作的厚度0.2mm的TiO2样片2.用逐点扫描法测量所制TiO2衍射图样作为参考3.在BSRF漫散射站上做了几何布置以及环境噪音的测量4.12月中旬将在BSRF兼用光模式下测量4.3在同步辐射上筹备工作1.粉晶衍射实验分透射式与反射式探测器在强流(10^7光子/秒)下工作正常，THGEM探测器电压改变90V，电流信号变化约一个数量级,从10nA变化到100nA128路电流读出电子学工作正常，覆盖角度19.2°制作了同步辐射上衍射测量用TiO2粉晶样品在BSRF漫散射站上做了几何布置以及环境噪音的测量，12月中旬将在BSRF兼容模式下测量总结探测器在强流(10^7光子/秒)下工作正常，THGEM探测Thankyou！Thankyou！系统噪声给探测器加高压，无X光源时系统噪声峰-峰值约40pA系统噪声给探测器加高压，无X光源时系统噪声我们提出一种多路直流模式读出的弧形无像差探测器用于同步课件弧形THGEM探测器多路直流模式读出研究陈石中国科学院大学第三届全国微结构气体探测器研讨会2012弧形THGEM探测器多路直流模式读出研究陈石第三届全国微结构Outline背景简介一维弧形无像差THGEM探测器实验布置实验结果及进展Outline背景简介1.1多路读出粉末晶体的X射线衍射实验示意图单色的X射线以一定角度射向粉晶样品，会形成一系列衍射线，所有衍射线在空间中形成张角不同的圆锥面。衍射圆锥面的中心角与晶体面间距相关，通过测量衍射图样可以研究晶体结构。左图为北京同步辐射装置(BSRF)漫散射站使用的五圆衍射仪，使用单路读出探测器进行逐点扫描测量空间衍射线，角分辨率好但测量速度较慢。采用多路读出探测器可以节省测量时间。1.1多路读出粉末晶体的X射线衍射实验示意图单色的X射线采用平板结构的探测器测量X衍射线时会产生像差，对测量精度（角分辨率）带来影响左图为像差产生示意图，深色部分是平板探测器探测灵敏区。测量斜射的衍射线时，X射线电离可能发生在经过路径的任何一点上，电离位置的不确定性造成了位置测量的误差，即像差。使用探测器灵敏区域始终垂直于衍射线的探测器可以消除像差影响，如一维弧形探测器Parallaxerror,s.d.PintoNSS/MIC,2009IEEE1.2弧形无像差采用平板结构的探测器测量X衍射线时会产生像差，对测量精度（角1.3直流模式BSRF的同步辐射光时间结构呈周期性强度相对稳定同时衍射实验测量的是累积效应BSRF时间结构如左图所示，BSRF束流的时间宽度200ps，周期约2ns如果采用脉冲模式进行测量，对电子学要求高，实现较难针对同步辐射衍射实验，提出一种读出一定时间周期内的累积电荷信号，即电流信号的读出方式——直流模式。实现较容易1.3直流模式BSRF的同步辐射光BSRF时间结构如左图所示Outline背景简介2.一维弧形无像差THGEM探测器

2.1性能指标与方案选择

2.2探测器腔室2.3读出电子学

2.4探测系统结构实验布置实验结果及进展Outline背景简介根据上述几点讨论，我们提出一种多路直流模式读出的弧形无像差探测器用于同步辐射衍射实验。探测器设计指标由北京同步辐射漫散射组提出半径:20cm,

接收角度：48°

角分辨：0.2°多路读出：考虑到电子学读出路数限制，我们选择较容易实现的一维弧形读出方案。探测器选择：THGEM具有造价相对低廉、抗辐射能力强、探测器增益可调以适应不同光强（单层THGEM的气体增益可以在1～104的范围内调节）的特点，同步辐射上使用THGEM具有一定优势

2.1性能指标与方案选择直流模式读出的一维弧形THGEM探测器

(探测器腔室、读出电子学)29根据上述几点讨论，我们提出一种多路直流模式读出的弧形无像差探302.2探测器腔室探测器选用自制Thinner-THGEM。与标准THGEM相比，自制200μm厚度Thinner-THGEM具有易于弯曲的特点，可以实现弧形无像差设计。THGEM板的弯曲定型通过三个有机玻璃模块连接而成的探测器腔室完成。82.2探测器腔室探测器选用自制Thinner-THGEM。2.3读出电子学多路阳极读出根据设计要求，探测器张角θ=48°，角分辨0.2°设计320路读出，每路覆盖0.15°角由探测器距衍射样品距离20cm计算可得，0.15°角对应阳极读出条间距为0.52mm。设计读出条宽0.4mm，间隔0.1mm读出条高1.6cm.32路弱电流读出模块：读出pA级电流最大量程900nA采样率1kHz2.3读出电子学多路阳极读出根据设计要求，探测器张角θ=482.4探测系统结构阳极电流信号用排线引出，由弱电流读出模块进行AD转换，FPGA模块将电流读出板输出的高速数字信号采集整合成数据包后，由MCU控制经以太网发送到计算机。2.4探测系统结构阳极电流信号用排线引出，由弱电流读出模块进屏蔽室内：X光源、探测器屏蔽室外：气瓶、高压插件、计算机探测器工作气体：Ne95%+CH4

5%3.实验布置使用搭建完成的探测系统测量X光实验布置如图：屏蔽室内：X光源、探测器3.实验布置使用搭建完成的探测系统测Outline背景简介一维弧形无像差探测器实验布置实验结果及进展

4.1在BSRF生物大分子组X光机上测量4.2在国科大实验室X光机上测量

4.3在同步辐射上筹备工作Outline背景简介4.1在BSRF生物大分子组X光机上测量

BSRF生物大分子组Rigaku-007X射线发生器上测试(10^7光子/秒)32路直流读出：直通光测量角分辨测量4.1在BSRF生物大分子组X光机上测量BSRF生物直通光测量dV(Volt)350360370380390Current(pA)-11896.4-15713.3-19865.2-25326.9-32433.2dV(Volt)400410420430440Current(pA)-40916.7-51457.1-64797.5-82917.2-103448探测器在强流(10^7光子/秒)下工作正常，信噪比约3：1打开X光机快门曝光数秒，关闭快门，对整个过程取数得到单通道波形如下（横轴为开始取数后时间，单位ms）。强流（10^7）下THGEM探测器电压改变90V，电流信号变化约一个数量级,从10nA变化到100nA。（同步辐射衍射线强度与之相当，可作为参考）对快门打开期间的每一路电流信号取平均，相加得到多路信号总合。改变探测器工作电压（改变增益）多次测量，结果如下直通光测量dV(Volt)350360370380390Cu准直器X光机(Cutarget8keV)空间分辨率:σ~0.5条宽~0.25mm角分辨率:

0.07°弧形腔室advantage:parallaxerrorfree角分辨测量X光通过狭缝后进入弧形腔室，得到电流信号在读出条上的分布对分布求高斯拟合，得到：Pad编号电流(pA)准直器X光机空间分辨率:σ~0.5条宽~0.25mm实验室购置的Cu靶(8keV)X光管上测试128