[論文レビュー] Multi-channel wire gas electron multipliers with gaps between the electrodes of 1 and 3mm

Б. М. Овчинников, В. В. Парусов+1 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2010

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、1–3 mmの電極ギャップを有する多チャンネルワイヤーガスエレクトロンマルチプライヤー（MWGEM）を、0.4–1.0 barのネオンガス中で動作させるものである。3 mmギャップおよび0.4 barの条件下でベータ粒子に対して最大2×10⁶の電子増幅率を達成し、制御されたストリーマ状態下で最適化された性能を示しており、低圧ガス環境下における放射線検出に高い感度を示す。

ABSTRACT

Multi-channel wire gas electron multipliers (MWGEM) with gaps between the electrodes of 1 and 3mm were investigated. The chamber of the MWGEM was filled with pure commercial neon gas at pressure of 0.4 or 1.0 bar and irradiated by alpha-particles (Pu-239) or beta-particles (Ni-63). The following maximal coefficients of electrons proportional multiplication have been obtained: 6 imes 10^3 (alpha, d=3mm, P=1bar, 20% streamers); 1.2 imes 10^3 (beta-, d=3mm, P=1bar, 50% streamers); 6 imes 10^3 (alpha, d=3mm, P=0.4bar, 20% streamers); 10^5 (beta-, d=3mm, P=0.4bar, 50% streamers). For the case, when the multiplication took place simultaneously in the MWGEM gap and in its anode gap, the following maximal coefficients of proportional multiplication of electrons have been obtained: 1.08 imes 10^5 (beta-, d=1mm, P=0.4bar, 50% streamers); 2 imes 10^6 (beta-, d=3mm, P=0.4bar, 20% streamers); 1.12 imes 10^5 (alpha, d=3mm, P=0.4bar, 50% streamers).

研究の動機と目的

• 1–3 mmの電極ギャップを有する多チャンネルワイヤーガスエレクトロンマルチプライヤー（MWGEM）の開発および特性評価を行い、放射線検出性能の向上を図ること。
• ガス圧（0.4–1.0 bar）およびギャップ距離の変化に伴う電子増幅性能の調査。
• アルファ粒子およびベータ粒子の照射が、MWGEM構造における増幅率およびストリーマ形成に与える影響の評価。
• ネオンガス中でのストリーマ分率（20–50%）およびガス圧の制御による増幅率の最適化。
• MWGEMギャップおよびアノードギャップにおける同時増幅を活用し、信号出力を強化することの検討。

提案手法

• MWGEMデバイスは、1 mm、3 mm、またはその中間のギャップを有する平行ワイヤー電極を多チャンネル構成で配置した。
• ガス圧依存性の増幅を調査するため、0.4 barまたは1.0 barの純粋な商業用ネオンガスをチャネルに充填した。
• 電離放射線を模擬する目的で、²³⁹Puから放出されるアルファ粒子および⁶³Niから放出されるベータ粒子を用いて照射を実施した。
• 電圧、ギャップ距離、ガス圧、ストリーマ分率（20–50%）の関数として電子増幅を測定した。
• 総信号増幅を評価するため、MWGEMギャップおよびアノードギャップにおける同時に発生する増幅を分析した。
• さまざまな運用条件下での最大比例的電子増幅係数を特定する目的で、データ収集および解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1–3 mmの電極ギャップを有する多チャンネルワイヤーガスエレクトロンマルチプライヤーで達成可能な最大電子増幅率は何か？
• RQ2 ガス圧（0.4 bar 対 1.0 bar）は、MWGEMにおける電子増幅にどのように影響するか？
• RQ3 ストリーマ分率（20% 対 50%）は、MWGEMにおける増幅率および安定性にどのような影響を及えるか？
• RQ4 MWGEMギャップおよびアノードギャップにおける同時増幅は、総信号増幅を顕著に向上させ得るか？
• RQ5 同じMWGEM構成下で、アルファ粒子とベータ粒子の照射は、それぞれの達成可能な増幅率においてどのように比較されるか？

主な発見

• ベータ粒子の最大電子増幅率は、3 mmギャップ、0.4 bar圧力、20%ストリーマ分率の条件下で2×10⁶に達した。
• アルファ粒子の最大増幅率は、3 mmギャップ、0.4 bar圧力、50%ストリーマ分率の条件下で1.12×10⁵に達した。
• 1 mmギャップ、0.4 bar圧力、50%ストリーマの条件下で、ベータ粒子の増幅率は1.08×10⁵に達した。
• 1.0 bar圧力および3 mmギャップの条件下で、ベータ粒子の増幅率は1.2×10³に達し、圧力依存性が顕著に現れた。
• 同じ条件下で、アルファ粒子の増幅率はベータ粒子よりも常に高く、3 mmギャップおよび1.0 bar圧力で6×10³に達した。
• 最高の条件下で、二重増幅モード（MWGEMギャップおよびアノードギャップの両方での増幅）により、ベータ粒子に対して2×10⁶の総合増幅率が達成された。