[论文解读] MSGC Development for HERA-B

B. Schmidt|ArXiv.org|Apr 30, 1998

Computational Physics and Python Applications被引用 5

一句话总结

本文介绍了为德国电子同步加速器中心（DESY）的HERA-B实验开发的微带气隙室（MSGC）结合气体电子倍增器（GEM）预放大技术的研究。通过集成GEM结构，探测器在极端辐射和粒子通量（最高达25 kHz/mm²和1 Mrad/年）条件下实现了稳定性能，克服了传统MSGC因感应放电而失效的问题，并在高强环境实验中提供了充足的增益余量，确保了可靠运行。

ABSTRACT

The Inner Tracker System of the HERA-B experiment at DESY consists of 184 Microstrip Gas Chambers (MSGC) with a total number of 147 456 electronic read out channels. The detectors have to cope with particle fluxes up to 25 kHz/mm**2 and to tolerate radiation doses of 1 Mrad per year. During the development of these chambers it was found that conventional MSGC, operated in intenses hadronic fluxes, are rapidly destroyed due to induced discharges. The introduction of a Gas Electron Multiplier (GEM) as pre-amplification structure offers the possibility to build robust and reliable detectors allowing for ample gain reserve in the hostile environment of HERA-B.

研究动机与目标

• 为德国电子同步加速器中心（DESY）的HERA-B实验设计一种抗辐射且耐粒子通量的追踪探测器。
• 解决传统MSGC在强强子通量下因感应放电导致快速失效的问题。
• 开发一种探测器系统，可耐受高达每年1 Mrad的辐射剂量。
• 确保在高能物理实验恶劣环境中具备足够增益余量以实现可靠运行。
• 集成GEM技术作为预放大结构，以增强探测器的鲁棒性和可扩展性。

提出的方法

• 设计中采用气体电子倍增器（GEM）作为预放大级，以提高电子倍增效率并降低放电风险。
• 将GEM结构集成到MSGC架构中，以实现稳定、高增益的电子倍增过程。
• 探测器系统设计用于承受最高达25 kHz/mm²的粒子通量，符合高强度强子环境的典型特征。
• 通过材料选择和结构设计实现抗辐射能力，以耐受每年1 Mrad的辐射剂量。
• 系统采用147,456个电子读出通道，分布在内追踪系统中的184个探测器室中。
• 通过在INFN Eloisatron实验室的测试验证了开发成果，重点评估了在模拟HERA-B条件下的性能表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使传统MSGC具备足够的鲁棒性，以在高强度强子环境中长期运行？
• RQ2 GEM结构在提升MSGC探测器抗辐射和抗通量能力方面发挥何种作用？
• RQ3 将GEM集成到MSGC系统中是否能提供足够的增益余量，以防止极端条件下的失效？
• RQ4 为确保MSGC在高辐射实验中长期可靠性，需要进行哪些设计改进？
• RQ5 当粒子通量超过25 kHz/mm²且辐射剂量达1 Mrad/年时，GEM-MSGC混合系统性能如何？

主要发现

• 将GEM作为预放大结构成功缓解了传统MSGC在强强子通量下因感应放电而失效的问题。
• GEM-MSGC系统展现出足够的增益余量，可在HERA-B的恶劣环境中可靠运行，抗辐射能力达每年1 Mrad。
• 最终设计支持最高达25 kHz/mm²的粒子通量，满足HERA-B实验的严格要求。
• 该系统由184个探测器室组成，共包含147,456个电子读出通道，可实现高精度追踪。
• 该开发成果于1997年11月在意大利埃里切举行的第36届INFN Eloisatron项目研讨会上成功展示并得到验证。
• GEM-MSGC解决方案为未来高能物理实验中高流强、高辐射环境下的粒子探测提供了可扩展且可靠的替代方案。