μ子探测器的性能改进研究

论文摘要

LHC (Large Hadron Collider)位于CERN (European Organization for Nuclear Research),是目前世界上能量最高的粒子对撞机。在LHC提供的能区内可以通过寻找黑格斯粒子,验证驱动弱电标准模型中自发对称性破缺的黑格斯机制是否正确。LHC的环形隧道上设了四个对撞点,对应了偏重于不同研究目的四个实验：ATLAS, ALICE, CMS和LHCb。ATLAS的目的是寻找黑格斯粒子,较重的类W、Z玻色子以及超对称粒子,研究基本费米子的结构以及B衰变中的CP破坏。ATLAS探测器主要由内部径迹探测器,电磁量能器,强子量能器,μ子谱仪以及触发和数据获取系统组成。山东大学高能物理实验室曾为ATLAS的μ子谱仪生产了400台T9型TGC (Thin Gap Chamber)探测器。TGC探测器是一种工作在高增益饱和模式下的多丝室,用来在μ子谱仪端盖处探测触发高横动量μ子。PTGC (Precise TGC)是TGC探测器的升级。PTGC探测器两个阴极板的间距为2.8mm,两侧阴极平板内侧镀上铜条,用于信号读出,铜条的空间周期有lmm,2mm和4mm三种规格。中间的阳极丝为直径50μm的镀金钨丝,固定在绝缘的框架上,间距为1.8±0.025mm。128根阳极丝被分为32组,每一组丝并联成一个阳极信号道。PTGC探测器使用的工作气体为二氧化碳和正戊烷的混合气体(比例为55：45),阳极丝与阴极条间加的高压为2900V左右。以前TGC探测器的特点是阴极板与阳极丝层的间距比阳极丝之间的间距窄,信号上升时间快,时间分布窄,探测效率高,时间响应快。而现在正在研制的PTGC探测器的各项指标如下：信号道电容,丝和条之间为40pF,条和条之间为25pF,条和地之间为48pF；阴极条信号为正信号,阳极丝信号为负信号,信号的幅度为9mV左右；信号的宽度平均值为46纳秒；信号的平均上升时间为15纳秒；平均下降时间为89纳秒；2900V时探测器的探测效率目前可以达到92%；保存了原有的探测器性能。与此同时,PTGC探测器提高了空间分辨率。测试显示,探测器中的一个簇射一般可以在6道感应条上感应出信号。根据文献[7],这个时候探测器的位置分辨可以达到比较高的水平。在探测器的空间分辨率测试中,我们利用单层探测器得到的空间分辨率为68微米；利用三层探测器,采用构造的一维随机变量的拟合函数得到的空间分辨率为113微米,采用二维随机变量的拟合函数得到的分辨率为285微米。这提高了以前TGC探测器的空间分辨率,并且已经很接近我们要达到的100微米的空间分辨率的目标了。我们还用模拟数据对构造的拟合函数作了检验,结果显示,利用构造的拟合函数得到的分辨率和模拟时初设的探测器的分辨率非常接近。本文还提供了大量数据和图表,可以为以后探测器的研制和测试提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 引言
• 第2章 TGC探测器简介
• 第3章 PTGC粒子探测器
• 3.1 PTGC探测器的物理结构
• 3.2 探测器的工作过程介绍
• 3.3 电子学
• 3.4 触发系统
• 3.5 数据采集系统
• 3.6 供气系统
• 第4章 探测器基本性能测试
• 4.1 PTGC探测器的等效电路
• 4.2 信号形状
• 4.3 信号的时间分辨
• 4.4 信号的电荷量
• 4.5 对信号幅度宽度以及上升时间和下降时间的测量
• 4.5.1 测量前的准备
• 4.5.2 测量结果
• 4.6 不同工作电压对探测效率的影响
• 第5章 探测器空间分辨率测试
• 5.1 探测器的数据分析流程
• 5.1.1 把文本文档转化为root格式的文件
• 5.1.2 从数据中寻找探测器的信号
• 5.1.3 寻找簇射（cluster）
• 5.2 利用一层探测器测量空间分辨率
• 5.3 差值放大效应
• 5.4 利用三层探测器测量空间分辨率
• 1和x₃里计算x_2c'>5.4.1 从x₁和x₃里计算x_2c
• 5.4.2 构造拟合函数
• 第6章 探测器的模拟
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表