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11TPC TPC TPC (Time Projection Chamber) TPC (Time Projection Chamber) 一、結構和工作原理 一、結構和工作原理 E和B方向平行且與陽極絲垂直Lorentz力為0； 電離的徑跡會因電子漂移中 的橫向擴散而變寬，不過很 強的磁場會減小這種影響。 柵絲的作用是使漂移場的電力線形成一個漏斗形，將電離電子聚集到靈 部分陽極絲（空間絲）下面有由感應片組成的陰極感應條。 22 空間絲上帶電粒子的徑跡坐標就由絲上雪崩空間絲上帶電粒子的徑跡坐標就由絲上雪崩 在感應片上感應信號的重心所決定。 在感應片上感應信號的重心所決定。 （（100 100 mm）） 漂移時間給出漂移時間給出zz向的位置。 向的位置。（（300 300mm）） 兩者結合，給出帶電粒子的三維坐標。兩者結合，給出帶電粒子的三維坐標。 33 二、PEPPEP--44的高壓 的高壓TPC TPC 圓柱半徑圓柱半徑1m 1m，長 ，長2m 2m。。 圓柱中央有一加負高壓圓柱中央有一加負高壓 （（--150kV 150kV）的電極將圓柱 ）的電極將圓柱 分為左右對稱的兩半。 分為左右對稱的兩半。

圓柱的兩端面是柵絲平面、圓柱的兩端面是柵絲平面、 陽極絲平面（包括靈敏絲和 陽極絲平面（包括靈敏絲和 場絲）和陰極感應平面。 場絲）和陰極感應平面。 磁場磁場B=1.5T B=1.5T，與電場平行， ，與電場平行， 測動量，減小漂移電子的橫 測動量，減小漂移電子的橫 向擴散。 向擴散。 每個端面分6個扇區，每個扇區有183根靈敏絲，彼此平行且與半徑方向垂直，絲距 4mm。其中15根絲彼此距離相等，下面有 7.5x7.5mm的感應片。 ArAr（（80% 80%） CH44 （（20% 20%）。 PEPPEP--44的的TPC TPC側重于粒子鑒別，故充以高氣壓（ 側重于粒子鑒別，故充以高氣壓（8.5 8.5 個大氣壓），有利于 個大氣壓），有利于dE/dX dE/dX的測量。 的測量。 dE/dX dE/dX 的能量分辨 的能量分辨3% 3% 空間分辨空間分辨 tancos sec 其中氣體探測儀，L為漂移距離，L =1m為最大漂移距離； 為帶電粒子徑跡與靈敏絲平面垂直方向的夾角；為電子的俘獲率； xy=160m 最小值 Z向空間分辨為 =340m55 11個大氣壓個大氣壓Ar Ar（（80% 80%） CH4CH4（（20% 20%）。

圓柱長圓柱長2.66m 2.66m。。 圓柱中央有一加負高壓圓柱中央有一加負高壓 （（--20kV 20kV）的電極將圓柱分 ）的電極將圓柱分 為左右對稱的兩半。 為左右對稱的兩半。 與電場平行磁場與電場平行磁場B=1.2T B=1.2T 每個端面分每個端面分66個扇區，每個 個扇區，每個 扇區有 扇區有192 192根靈敏絲， 根靈敏絲， 陰極板有陰極板有16 16圈感應片 圈感應片，每 圈相距圈相距4.5cm 4.5cm。每片面積 。每片面積 為為52.5mm 52.5mm ，每圈的片數，每圈的片數 從從16 16到 到144 144片不等，但為 片不等，但為 16 16的倍數。寬度不同 的倍數。寬度不同 三、DELPHIDELPHI的常壓 的常壓TPC TPC 66 L=4.2m,D=4m 內外扇區陰極片尺寸不一樣內外扇區陰極片尺寸不一樣 四、STARSTAR上的 上的TPC TPC 77 60 cm 190 cm Outer sector Outer sector 6.2 6.2 19.5mm pads 19.5 mm pads 3940 pads 3940 pads Inner sector Inner sector 2.85 2.85 11.5 mm pads 11.5 mm pads 1750 pads 1750 pads 24sectors 24 sectors (12 side)(12 Largepads Large pads good dE/dx good dE/dx resolution Outersector sector Smallpads Small pads goodtwo goodtwo track track resolution innersector sector 70 Millions readout Channels 70 Millions readout Channels Outer InnerSectors PadPlane Outer InnerSectors PadPlane 88 4mm anode gated grid V=150V 增加增加““門門””絲絲 以減小高計數率下的空 以減小高計數率下的空 間電荷效應乙醇檢測儀，加快正離 間電荷效應，加快正離 子收集 子收集 由與在TPCTPC中心發生 中心發生 對撞時間有關的外加脈 對撞時間有關的外加脈 沖觸發 沖觸發 99 用于重離子固定靶實驗。

用于重離子固定靶實驗。 規模較小；由于重離子碰撞中產生的很高的粒子徑跡密度， 規模較小；由于重離子碰撞中產生的很高的粒子徑跡密度， 因此側重點在雙徑跡分辨及次級頂點的重建。 因此側重點在雙徑跡分辨及次級頂點的重建。 密布的短絲（密布的短絲（NA36 NA36，，BNL810 BNL810氣體探測儀，無感應條讀出） ，無感應條讀出） 將陰極感應條平面分成大量的感應片（將陰極感應條平面分成大量的感應片（NA35 NA35，，HISS HISS，， 無信號絲讀出） 無信號絲讀出） ee 對撞機的實驗中的對撞機的實驗中的TPC TPC有好的動量分辨及粒子鑒 有好的動量分辨及粒子鑒 別，雙徑跡分辨較差； 別，雙徑跡分辨較差； 重離子實驗中的 重離子實驗中的TPC TPC有好的雙徑跡分辨，一般也有好的 有好的雙徑跡分辨，一般也有好的 動量分辨，但粒子鑒別能力較差 動量分辨，但粒子鑒別能力較差 五、其它氣體 五、其它氣體TPC TPC 10 10 用液體代替氣體作為帶電粒子的探測介質有許多用液體代替氣體作為帶電粒子的探測介質有許多 優點。 優點。 氣泡室、液氬電磁量能器 氣泡室、液氬電磁量能器 液體液體TPC TPC具有良好的能量與空間分辨，像氣泡室 具有良好的能量與空間分辨，像氣泡室 一樣，能給出電離徑跡的三維成像。

特別適合高 一樣，能給出電離徑跡的三維成像。特別適合高 精度、大質量的應用與尋找稀有事例的實驗中， 精度、大質量的應用與尋找稀有事例的實驗中， 例如太陽中微子、質子衰變及雙 例如太陽中微子、質子衰變及雙衰變等。 衰變等。 常用液氬常用液氬(LAr) (LAr) 六、液體 六、液體TPC TPC 11 11 屏蔽柵屏蔽柵(Y) 感應平面感應平面(Y) (Y)由靈敏 由靈敏 絲（22根一組，相距根一組，相距 0.6mm 0.6mm）、屏蔽絲 ）、屏蔽絲 構成 構成 收集平面收集平面(X) (X)給出另 給出另 一維坐標 一維坐標 屏蔽柵的存在，使得屏蔽柵的存在，使得 在漂移電子未穿過柵 在漂移電子未穿過柵 絲之前，不會在靈敏 絲之前，不會在靈敏 絲上產生感應信號。 絲上產生感應信號。 屏蔽柵平面對漂移電子100%透明的條件E2/E1>1.4 E3/E1>3 電場線將在感應平面的靈敏絲之間通過而 到達收集平面的靈敏絲 1212 三維成像三維成像 每個事例 每個事例22個二維平面成像： 個二維平面成像： 漂移時間 漂移時間--感應絲、漂移時間 感應絲、漂移時間- -收集絲 收集絲 被取樣采集的電荷值表示為像素的黑度，越黑表示電荷值越高被取樣采集的電荷值表示為像素的黑度，越黑表示電荷值越高 13 13 宇宙線引起的簇射在收集面的成像 包含電磁簇射和強子簇射 小黑點由1MeV的光子形成 14 14 15 15 MDM MDM 頂點探測器位于最內部，維修難。

不僅要求定位精度高和計數率限高，頂點探測器位于最內部氣體探測儀甲苯檢測儀，維修難。不僅要求定位精度高和計數率限高， 還要求高可靠性、抗輻射性能強。 還要求高可靠性、抗輻射性能強。 MDM (Multidrift Module) MDM (Multidrift Module) 一、結構結構 單元：半徑1.5mm1+6； 31m的不 銹鋼絲性能最好 模塊：70個單元包在30mm的六角形碳纖 維管內。管子作為機械 支撐、氣體密封。 每根徑跡30次取樣16 16 二、性能 縱向（沿絲）分辨率0.9%絲長 抗輻照性能好：0.5-1.0A/cm，比通常 的MWPC好20倍 單元死時間30-40ns17 17 一、結構結構 由由44--6mm6mm的圓柱形連 的圓柱形連 續陰極面代替幾根陰極 續陰極面代替幾根陰極 絲限定的小單元。 絲限定的小單元。 陰極是鋁化的陰極是鋁化的Mylar Mylar或或 Lexan Lexan膜，厚度 膜，厚度30 30mm，， 并不引進更多的散射和 并不引進更多的散射和 吸收 吸收 當絲斷裂時可以起到很當絲斷裂時可以起到很 好的隔離作用，也可較 好的隔離作用，也可較 好地消除噪聲 好地消除噪聲 長度可達幾米，需中間長度可達幾米，需中間 加支撐。

加支撐。 STC STC STC (Straw Tube Chamber) STC (Straw Tube Chamber) 18 18 二、性能 單元死時間：~40ns 進一步減小管子的直徑、增加長度是對制作工藝的挑戰。 19 19 MWPCMWPC和漂移室是具有代表性的氣體探測器。 和漂移室是具有代表性的氣體探測器。不僅在 不僅在 粒子物理實驗中得到廣泛的應用，且在 粒子物理實驗中得到廣泛的應用，且在XX射線晶體學、 射線晶體學、 生物醫學和天體物理等領域發揮重要作用。 生物醫學和天體物理等領域發揮重要作用。 MWPCMWPC的局限性： 的局限性： 垂直陽極絲方向，空間分辨率有絲距（垂直陽極絲方向，空間分辨率有絲距（2mm 2mm）決定。 ）決定。 由于正離子收集時間長，計數率受到限制。由于正離子收集時間長，計數率受到限制。 解決方法： 解決方法： 減小絲距減小絲距::改進空間分辨率，減小每根絲承受的粒子通量。 改進空間分辨率，減小每根絲承受的粒子通量。 減小陽極和陰極間的氣隙：縮短離子收集時間，減小空間電荷減小陽極和陰極間的氣隙：縮短離子收集時間，減小空間電荷 效應 效應 但這兩種方法都會減小輸出幅度（但這兩種方法都會減小輸出幅度（MM、電離數），機械加工精 、電離數），機械加工精 度的限制（ 度的限制（S

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