Газовый электронный умножитель

Газовый электронный умножитель (GEM) — это тип детектора газовой ионизации, используемый в ядерной физике и физике элементарных частиц, а также в обнаружении радиации.

Все детекторы газовой ионизации способны собирать электроны, высвобождаемые ионизирующим излучением , направляя их в область с большим электрическим полем и тем самым инициируя электронную лавину . Лавина способна произвести достаточно электронов, чтобы создать ток или заряд, достаточно большой, чтобы его могла обнаружить электроника. В большинстве ионизационных детекторов большое поле исходит от тонкой проволоки с положительным потенциалом высокого напряжения; этот же тонкий провод собирает электроны лавины и направляет их к считывающей электронике. ГЭУ создают сильное электрическое поле в маленьких отверстиях тонкого полимерного листа; лавина происходит внутри этих дыр. Образующиеся электроны выбрасываются из листа, и для сбора электронов и направления их к считывающему устройству необходимо использовать отдельную систему.

GEM относятся к классу газовых детекторов с микроструктурой ; в этот класс входят микромегасы и другие технологии.

История

GEM были изобретены в 1997 году в Группе разработки детекторов газа. ^{[ 1 ]} в ЦЕРНе физиком Фабио Саули . ^{[ 2 ]}

Операция

Типичные ГЭУ изготавливаются из каптоновой фольги толщиной 50–70 микрометров, покрытой медью с обеих сторон. В результате фотолитографии и кислотного травления в обоих медных слоях образуются отверстия диаметром 30–50 микрометров; второй процесс травления расширяет эти отверстия до конца каптона. Маленькие отверстия можно сделать очень регулярными и стабильными по размерам. Для работы на два слоя меди подается напряжение 150–400 В, создавая в отверстиях большие электрические поля. В этих условиях в присутствии соответствующих газов одиночный электрон, попадающий в любую дырку, создаст лавину, содержащую 100–1000 электронов; это «прибыль» ГЭУ. Поскольку электроны выходят из задней части ГЭУ, второй ГЭУ, помещенный после первого, обеспечит дополнительную ступень усиления. Во многих экспериментах используются стеки двойных или тройных GEM для достижения выигрыша в один миллион и более.

Работа проволочных камер обычно включала только одну настройку напряжения: напряжение на проволоке обеспечивало как дрейфовое поле, так и поле усиления. Детектор на основе ГЭУ требует нескольких независимых настроек напряжения: напряжение дрейфа для направления электронов от точки ионизации к ГЭУ, напряжение усиления и напряжение извлечения/переноса для направления электронов от выхода ГЭУ к плоскости считывания. Детектор с большой областью дрейфа можно использовать как камеру проекции времени ; детектор с меньшей областью дрейфа работает как простой пропорциональный счетчик .

Камера GEM может быть считана с помощью простых проводящих полосок, уложенных на плоскую плоскость; плоскость считывания, как и сам GEM, может быть изготовлена с помощью обычных методов литографии на обычных материалах печатных плат. Поскольку полоски считывания не участвуют в процессе усиления, их можно изготовить любой формы; двумерные Возможны полосы и сетки, шестиугольные площадки, радиальные/азимутальные сегменты и другие геометрии считывания.

Использование

GEM использовались во многих типах экспериментов по физике элементарных частиц. Одним из примечательных первых пользователей был эксперимент COMPASS в ЦЕРНе. Детекторы газа на основе GEM были предложены для компонентов Международного линейного коллайдера , эксперимента STAR и эксперимента PHENIX на релятивистском коллайдере тяжелых ионов и других. К преимуществам ГЭУ по сравнению с многопроволочными пропорциональными камерами относятся: простота изготовления, поскольку ГЭУ большой площади в принципе можно производить серийно, а проволочные камеры требуют трудоемкой и ошибочной сборки; гибкая геометрия, как для GEM, так и для считывающих площадок; и подавление положительных ионов, являвшихся источником искажений поля в времяпроекционных камерах, работающих с высокими скоростями. Первые ГЭУ страдали от ряда производственных трудностей, включая неоднородность и короткие замыкания, но они в значительной степени были решены.

Ссылки

^ Группа разработки детекторов газа. http://gdd.web.cern.ch/GDD/ Архивировано 13 декабря 2007 г. в Wayback Machine.
^ "ДРАГОЦЕННЫЙ КАМЕНЬ детектора". CERN Courier, 27 ноября 1998 г. http://cerncourier.com/cws/article/cern/27921.

[GDD-1] Группа разработки детекторов газа. http://gdd.web.cern.ch/GDD/ Архивировано 13 декабря 2007 г. в Wayback Machine.

[CernCourier27Nov1998-2] "ДРАГОЦЕННЫЙ КАМЕНЬ детектора". CERN Courier, 27 ноября 1998 г. http://cerncourier.com/cws/article/cern/27921.

[ 1 ]

[ 2 ]