Газовый электронный умножитель - Gas electron multiplier

А газовый электронный умножитель (GEM) - это тип газо-ионизационный детектор используется в ядерной физике, физике элементарных частиц и обнаружении радиации.

Все газовые детекторы ионизации способны собирать электроны выпущено ионизирующего излучения, направляя их в регион с большим электрическое поле, и тем самым инициировав электронная лавина. Лавина способна произвести достаточно электронов, чтобы создать Текущий или же обвинять достаточно большой, чтобы его могла обнаружить электроника. В большинстве ионизационных детекторов большое поле создается тонкой проволокой с положительным высоковольтным потенциалом; этот же тонкий провод собирает электроны из лавины и направляет их к считывающей электронике. ГЭУ создают большое электрическое поле в маленьких отверстиях тонкого полимерного листа; внутри этих отверстий происходит сход лавины. Полученные электроны выбрасываются из листа, и необходимо использовать отдельную систему для сбора электронов и направления их к считывающему устройству.

GEM относятся к классу газовые детекторы с микропроцессором; этот класс включает микромегас и другие технологии.

История

GEM были изобретены в 1997 году в группе разработки детекторов газа.^[1] в ЦЕРН физиком Фабио Саули.^[2]

Операция

Типичные GEM изготавливаются из толщины 50–70 микрометров. Каптон фольга покрыта медью с обеих сторон. А фотолитография в процессе кислотного травления в обоих медных слоях проделываются отверстия диаметром 30–50 микрометров; во втором процессе травления эти отверстия продлеваются на всю длину каптона. Небольшие отверстия можно сделать очень правильными и стабильными по размеру. Для работы на два медных слоя подается напряжение 150–400 В, создавая в отверстиях большие электрические поля. В этих условиях, в присутствии подходящих газов, один-единственный электрон, войдя в любую дырку, создаст лавину, содержащую 100–1000 электронов; это «выигрыш» GEM. Поскольку электроны выходят из задней части GEM, второй GEM, помещенный после первого, обеспечит дополнительный этап усиления. Во многих экспериментах используются стеки двойных или тройных GEM для достижения выигрыша в один миллион или более.

Работа проволочных камер обычно включала только одну установку напряжения: напряжение на проволоке создавало как поле дрейфа, так и поле усиления. Детектор на основе GEM требует нескольких независимых настроек напряжения: напряжение дрейфа для направления электронов от точки ионизации к GEM, напряжение усиления и напряжение извлечения / переноса для направления электронов от выхода GEM к плоскости считывания. Детектор с большой областью дрейфа может работать как камера времени проекции; детектор с меньшей областью дрейфа работает как простой пропорциональный счетчик.

Камера GEM может быть считана с помощью простых токопроводящих полос, уложенных поперек плоскости; Плоскость считывания, как и сам GEM, может быть изготовлена ​​с помощью обычных методов литографии на обычных материалах печатных плат. Поскольку считывающие полоски не участвуют в процессе усиления, они могут иметь любую форму; 2-D Возможны полосы и сетки, шестиугольные площадки, радиальные / азимутальные сегменты и другие геометрии считывания.

Использует

GEM использовались во многих типах экспериментов по физике элементарных частиц. Одним из заметных первых пользователей был КОМПАС эксперимент в ЦЕРН. Детекторы газа на основе GEM были предложены для компонентов Международный линейный коллайдер, эксперименты STAR и PHENIX на Релятивистский коллайдер тяжелых ионов, и другие. Преимущества GEM по сравнению с многопроволочные пропорциональные камеры, включают в себя: простоту изготовления, поскольку GEM большой площади в принципе могут производиться серийно, в то время как проволочные камеры требуют трудоемкой и подверженной ошибкам сборки; гибкая геометрия, как для GEM, так и для считывающих площадок; и подавление положительных ионов, которые были источником искажений поля в камерах временной проекции, работавших на высоких скоростях. Первые GEM были связаны с рядом производственных трудностей, включая неоднородность и короткие замыкания, но в значительной степени они были решены.

Рекомендации