[논문 리뷰] Multi-channel wire gas electron multipliers with gaps between the electrodes of 1 and 3mm

Б. М. Овчинников, В. В. Парусов외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 10.

Atomic and Subatomic Physics Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 1–3 mm 전극 간격, 0.4–1.0 bar 압력에서 네온 기체에서 작동하는 다중 채널 와이어 가스 전자 다중 증폭기(MWGEM)를 제시한다. 3 mm 간격과 0.4 bar 조건에서 β 입자에 대해 최대 2×10⁶의 전자 다중 증폭 계수를 달성하였으며, 제어된 스톰러 조건 하에서 최적의 성능을 보이며, 저압 기체 환경에서 방사선 검출에 높은 감도를 보임을 입증한다.

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).

연구 동기 및 목표

• 1–3 mm 전극 간격을 가진 다중 채널 와이어 가스 전자 다중 증폭기(MWGEM)를 개발하고 특성화하여 방사선 검출 성능을 향상시키는 것.
• 기체 압력(0.4–1.0 bar)과 간격 변화에 따른 전자 다중 증폭 성능을 조사하는 것.
• 알파 및 베타 입자 조사가 MWGEM 구조의 증폭 계수와 스톰러 형성에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 네온 기체에서 스톰러 비율(20–50%)과 기체 압력을 제어하여 증폭 계수를 최적화하는 것.
• MWGEM 간극과 애노드 간극에서 동시 다중 증폭을 통해 신호 출력을 향상시킬 수 있는지 탐색하는 것.

제안 방법

• MWGEM 장치는 1 mm, 3 mm 또는 그 사이의 간격을 가진 평행 와이어 전극을 다중 채널 구성으로 배치하였다.
• 챔버는 기체 압력이 0.4 bar 또는 1.0 bar가 되도록 순수 상업용 네온 기체로 채워져 압력에 따른 증폭 특성을 연구하였다.
• 이온화 방사선을 시뮬레이션하기 위해 ²³⁹Pu에서 나오는 알파 입자와 ⁶³Ni에서 나오는 베타 입자를 사용하여 조사하였다.
• 전자 다중 증폭은 적용 전압, 간격, 기체 압력, 스톰러 비율(20–50%)에 따라 측정되었다.
• 총 신호 증폭을 평가하기 위해 MWGEM 간극과 애노드 간극에서의 동시 증폭을 분석하였다.
• 모든 운영 조건에서 최대 비례 전자 다중 증폭 계수를 도출하기 위해 데이터를 수집하고 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1–3 mm 전극 간격을 가진 다중 채널 와이어 가스 전자 다중 증폭기에서 얻을 수 있는 최대 전자 다중 증폭 계수는 얼마인가요?
• RQ2 기체 압력(0.4 bar 대비 1.0 bar)은 MWGEM의 전자 다중 증폭에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ3 스톰러 비율(20% 대비 50%)은 MWGEM의 증폭 계수와 안정성에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ4 MWGEM 간극과 애노드 간극에서 동시 다중 증폭이 총 신호 증폭을 크게 향상시킬 수 있나요?
• RQ5 동일한 MWGEM 구성에서 알파 입자와 베타 입자 조사 간에 달성 가능한 증폭 계수는 어떻게 비교될 수 있나요?

주요 결과

• 베타 입자에 대해 최대 전자 다중 증폭 계수는 3 mm 간격, 0.4 bar 압력, 20% 스톰러 비율 조건에서 2×10⁶에 도달하였다.
• 알파 입자에 대해 최대 증폭 계수는 3 mm 간격, 0.4 bar 압력, 50% 스톰러 비율 조건에서 1.12×10⁵에 도달하였다.
• 1 mm 간격, 0.4 bar 압력, 50% 스톰러 조건에서 베타 입자에 대해 증폭 계수는 1.08×10⁵에 도달하였다.
• 1.0 bar 압력과 3 mm 간격 조건에서 베타 입자 증폭 계수는 1.2×10³에 도달하였으며, 이는 압력 의존성이 뚜렷하게 나타남을 시사한다.
• 동일 조건에서 알파 입자 증폭 계수는 항상 베타 입자 증폭 계수보다 높았으며, 3 mm 간격과 1.0 bar 조건에서 최대 6×10³에 도달하였다.
• 최고의 조건에서 이중 다중 증폭 모드(MWGEM 및 애노드 간극)에서 총 증폭 계수는 베타 입자에 대해 2×10⁶에 도달하였다.