Development of Advanced Gaseous Detectors for Muon Tracking and Triggering in Collider Experiments

【摘要】现有和未来计划中的高亮度高能量对撞机实验对用于缪子径迹测量和触发判选的传统气体探测器带来巨大挑战。实验对探测器的位置分辨,时间分辨和计数率等同时提出了极其苛刻的要求。本论文介绍在欧洲核子中心ATLAS缪子谱仪升级研究框架下对用于未来对撞机实验缪子触发和径迹测量的新型高级气体探测器的大量研究和发展。论文研究主要围绕微网格气体探测器(Micromegas),窄气隙阻性板室(RPC)和窄隙室(TGC)的相关研发展开。论文第一部分主要介绍一种新的基于热熔胶热粘接工艺制作微网格气体探测器的方法。相较于传统制作工艺,该制作方法不需要运用光刻蚀技术,使得在普通学校和研究所制作小型模型室用于性能研究和探测器优化成为可能。论文将介绍基于小型热粘接微网格气体探测器模型室所进行的探测器基本性能测试和模拟研究,以及对制作可实际应用的几百平方厘米大小热粘接微网格气体探测器技术工艺的探索。鉴于该制作工艺的灵活性,实验制作了高阻性阳极微网格气体探测器和快信号多层丝网电极平行电离室,对微网格类型气体探测器应用于强子对撞机环境的关键问题-抗打火和快时间分辨进行了探索研究。论文第二部为基于～1mm窄气隙阻性板室的高精度在线定位、快速触发系统的研究。该部分介绍为了探索研究窄气隙阻性板室在线和离线定位能力、时间分辨而展开的几次束流实验测试的详细结果。实验结果表明可以利用1mm左右气隙的阻性板室在探测器前端层面构建亚纳秒–亚毫米-厘米的高精度时空触发逻辑单元用于有效去除大量辐照本底、增强高能量缪子的在线判选能力。对基于电木电极的阻性板室进行计数率测试研究表明,阻性板室可以在大于15kHz/cm2光子辐照本底下对缪子探测完全灵敏。论文第三部分介绍对ATLAS缪子谱仪新内端盖(NewSmallWheel,NSW)的触发探测器-窄读出条窄隙室的模拟研究。对时间分辨的模拟研究表明单层窄气隙室即可满足对大型强子对撞机束团对撞的区分。其时间分辨不受端盖处所处复杂磁场的影响,从时间性能考虑,可有效胜任端盖处一级缪子触发。对窄隙室电荷产生和信号扩散的详细研究中构建一个数值分析模型。该模型很好的重现了束流测试的读出条信号分布,对深入理解探测器信号的发展、优化探测器结构以实现更高定位精度具有重要指导意义。
【作者】管亮；
【导师】汪晓莲；赵政国；朱俊杰；
【作者基本信息】中国科学技术大学，粒子物理与原子核物理，2014，博士
【关键词】对撞机实验；缪子触发和径迹测量；微网格气体探测器；阻性板室；窄隙室；

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