[論文レビュー] Thick GEM-like (THGEM) detectors and their possible applications

R. Chechik, M. Cortesi+4 more|ArXiv.org|Jun 18, 2006

Gas Sensing Nanomaterials and Sensors被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、標準的なPCBの drilled/エッチング加工により作製される、頑丈で低コストな気体電子増倍器である、厚みのあるGEMに類似した（THGEM）検出器を紹介する。穴の寸法が標準的なGEMの5–20倍大きく、二段階の電極キャスケードで最大10^7の電荷増幅を達成し、信号立ち上がり時間は1ナノ秒未塔、10^4の増幅で10 MHz/mm²に近い計数率を達成する。これにより、単純な遅延ライン読み出しによりサブミリメートル単位の局所化が可能となる。これらの特徴により、THGEMは、標準的なGEMでは不適切な大面積・高レート・耐久性が求められる放射線検出用途に適している。

ABSTRACT

Thick GEM-like (THGEM) electrodes are robust, high gain gaseous electron multipliers, economically-manufactured by standard drilling and etching of thin printed circuit board or other materials. Their operation and structure are similar to that of standard GEMs but with 5 to 20-fold expanded dimensions. Due to the larger hole dimensions they provide up to 10^5 and 10^7 charge multiplication, in a single- and in two-electrode cascade, respectively. The signal rise time is of a few ns and the counting-rate capability approaches 10 MHz/mm^2 at 10^4 gains. Sub-mm localization precision was demonstrated with a simple, delay-line based 2D readout scheme. These multipliers may be produced in a variety of shapes and sizes and can operate in many gases. They may replace the standard GEMs in many applications requiring very large area, robust, flat, thin detectors, with good timing and counting-rate properties and modest localization. The properties of these multipliers are presented in short and possible applications are discussed.

研究の動機と目的

• 大面積用途に適した、コスト効率が良くスケーラブルな標準GEM検出器の代替手段を開発すること。
• 標準的なPCB製造技術を用いて、気体電子増倍器の機械的耐久性と製造性を向上させること。
• 穴の寸法を大きくすることで、GEMと同等の高電荷増幅と高速信号応答を達成すること。
• 単純な遅延ライン2次元読み出し方式を用いて、サブミリメートル単位の局所化精度を実証すること。
• THGEMがさまざまなガスおよび多様な検出用途において実用可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 標準的なプリント回路基板のドリル加工およびエッチングプロセスを用いてTHGEM電極を製造すること。
• 標準GEMの5–20倍大きな穴径を採用し、電子増幅と電荷増幅を向上させること。
• 単電極および二段電極キャスケードを実装し、最大10^7の電荷増幅を達成すること。
• 空間的局所化のため、単純な遅延ラインベースの2次元読み出し方式を採用すること。
• 性能と汎用性を評価するために、さまざまなガス中で検出器を動作させること。
• 制御された条件下で信号立ち上がり時間、計数率能力、空間分解能を測定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 THGEMは、より頑丈で安価に製造可能でありながら、標準GEMと同等の高電荷増幅と高速信号応答を達成できるか？
• RQ2 単電極および二段電極THGEM構成における最大計数率および増幅はどの程度か？
• RQ3 単純で低複雑性の遅延ライン読み出しシステムで、サブミリメートル単位の空間局所化が可能か？
• RQ4 THGEMの性能特性は、さまざまなガスおよび電極形状によってどのように変化するか？
• RQ5 THGEMは、大面積・高レート検出用途において、標準GEMにどの程度置き換え可能か？

主な発見

• THGEMは単一電極で最大10^5の電荷増幅、二段電極キャスケードで最大10^7の電荷増幅を達成した。
• 信号立ち上がり時間は数ナノ秒のオーダーであり、優れたタイミング性能を示している。
• 10^4の増幅で計数率能力は約10 MHz/mm²に達し、高レート用途に適している。
• 単純な遅延ラインベースの2次元読み出し方式を用いて、1 mm未満（1 mm未満）のサブミリメートル単位の局所化精度を実証した。
• THGEMは機械的に頑丈であり、標準的なプリント回路基板技術を用いて経済的に製造可能である。
• さまざまなガスで効果的に動作し、多様な形状・サイズに容易に製造可能であり、多様な応用が可能である。