[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种多通道丝网气体电子倍增器（MWGEM），电极间隙为1–3毫米，在0.4–1.0巴的氖气中工作。在3毫米间隙和0.4巴条件下，对β粒子实现了高达2×10⁶的电子倍增增益，且在受控的流光条件下性能最优，展示了在低气压气体环境中辐射探测的高灵敏度。

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).

研究动机与目标

• 开发并表征具有1–3毫米电极间隙的多通道丝网气体电子倍增器（MWGEM），以提升辐射探测性能。
• 研究在不同气体压力（0.4–1.0巴）和间隙距离下的电子倍增性能。
• 评估α和β粒子辐照对MWGEM结构中增益及流光形成的影响。
• 通过控制流光比例（20–50%）和气体压力，在氖气中优化增益。
• 探索MWGEM间隙与阳极间隙中同时倍增以增强信号输出的可能性。

提出的方法

• MWGEM装置采用平行丝网电极，间隙为1毫米、3毫米或中间值，以多通道结构排列。
• 腔室填充纯商业级氖气，压力为0.4巴或1.0巴，以研究压力依赖的增益特性。
• 使用²³⁹Pu源的α粒子和⁶³Ni源的β粒子进行辐照，以模拟电离辐射。
• 测量电子倍增作为施加电压、间隙距离、气体压力及流光比例（20–50%）的函数。
• 分析MWGEM间隙与阳极间隙中同时增益的情况，以评估总信号放大效果。
• 收集并分析数据，以确定在不同工作条件下最大比例电子倍增系数。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有1–3毫米电极间隙的多通道丝网气体电子倍增器中，可实现的最大电子倍增增益是多少？
• RQ2 气体压力（0.4巴与1.0巴）如何影响MWGEM中的电子倍增？
• RQ3 流光比例（20%与50%）对MWGEM中增益和稳定性有何影响？
• RQ4 MWGEM间隙与阳极间隙中同时倍增是否能显著提升总信号增益？
• RQ5 在相同MWGEM配置下，α与β粒子辐照在可实现增益方面有何差异？

主要发现

• 对于β粒子，在3毫米间隙、0.4巴压力和20%流光比例条件下，最大电子倍增增益达到2×10⁶。
• 对于α粒子，在3毫米间隙、0.4巴压力和50%流光比例条件下，最大增益达到1.12×10⁵。
• 在1毫米间隙、0.4巴压力和50%流光比例下，β粒子的增益达到1.08×10⁵。
• 在1.0巴压力和3毫米间隙条件下，β粒子的增益达到1.2×10³，表明存在显著的压力依赖性。
• 在相同条件下，α粒子的增益始终高于β粒子，达到6×10³（3毫米间隙、1.0巴压力）。
• 在双倍增模式（MWGEM间隙与阳极间隙）下获得最高整体增益，β粒子在最优条件下达到2×10⁶。