11TPC TPC TPC (Time Projection Chamber) TPC (Time Projection Chamber) 一、结构和工作原理 一、结构和工作原理 E和B方向平行且与阳极丝垂直Lorentz力为0； 电离的径迹会因电子漂移中 的横向扩散而变宽，不过很 强的磁场会减小这种影响。 栅丝的作用是使漂移场的电力线形成一个漏斗形，将电离电子聚集到灵 部分阳极丝（空间丝）下面有由感应片组成的阴极感应条。 22 空间丝上带电粒子的径迹坐标就由丝上雪崩空间丝上带电粒子的径迹坐标就由丝上雪崩 在感应片上感应信号的重心所决定。 在感应片上感应信号的重心所决定。 （（100 100 mm）） 漂移时间给出漂移时间给出zz向的位置。 向的位置。（（300 300mm）） 两者结合，给出带电粒子的三维坐标。两者结合，给出带电粒子的三维坐标。 33 二、PEPPEP--44的高压 的高压TPC TPC 圆柱半径圆柱半径1m 1m，长 ，长2m 2m。。 圆柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压 （（--150kV 150kV）的电极将圆柱 ）的电极将圆柱 分为左右对称的两半。 分为左右对称的两半。

圆柱的两端面是栅丝平面、圆柱的两端面是栅丝平面、 阳极丝平面（包括灵敏丝和 阳极丝平面（包括灵敏丝和 场丝）和阴极感应平面。 场丝）和阴极感应平面。 磁场磁场B=1.5T B=1.5T，与电场平行， ，与电场平行， 测动量，减小漂移电子的横 测动量，减小漂移电子的横 向扩散。 向扩散。 每个端面分6个扇区，每个扇区有183根灵敏丝，彼此平行且与半径方向垂直，丝距 4mm。其中15根丝彼此距离相等，下面有 7.5x7.5mm的感应片。 ArAr（（80% 80%） CH44 （（20% 20%）。 PEPPEP--44的的TPC TPC侧重于粒子鉴别，故充以高气压（ 侧重于粒子鉴别，故充以高气压（8.5 8.5 个大气压），有利于 个大气压），有利于dE/dX dE/dX的测量。 的测量。 dE/dX dE/dX 的能量分辨 的能量分辨3% 3% 空间分辨空间分辨 tancos sec 其中气体探测仪，L为漂移距离，L =1m为最大漂移距离； 为带电粒子径迹与灵敏丝平面垂直方向的夹角；为电子的俘获率； xy=160m 最小值 Z向空间分辨为 =340m55 11个大气压个大气压Ar Ar（（80% 80%） CH4CH4（（20% 20%）。

圆柱长圆柱长2.66m 2.66m。。 圆柱中央有一加负高压圆柱中央有一加负高压 （（--20kV 20kV）的电极将圆柱分 ）的电极将圆柱分 为左右对称的两半。 为左右对称的两半。 与电场平行磁场与电场平行磁场B=1.2T B=1.2T 每个端面分每个端面分66个扇区，每个 个扇区，每个 扇区有 扇区有192 192根灵敏丝， 根灵敏丝， 阴极板有阴极板有16 16圈感应片 圈感应片，每 圈相距圈相距4.5cm 4.5cm。每片面积 。每片面积 为为52.5mm 52.5mm ，每圈的片数，每圈的片数 从从16 16到 到144 144片不等，但为 片不等，但为 16 16的倍数。宽度不同 的倍数。宽度不同 三、DELPHIDELPHI的常压 的常压TPC TPC 66 L=4.2m,D=4m 内外扇区阴极片尺寸不一样内外扇区阴极片尺寸不一样 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““门门””丝丝 以减小高计数率下的空 以减小高计数率下的空 间电荷效应乙醇检测仪，加快正离 间电荷效应，加快正离 子收集 子收集 由与在TPCTPC中心发生 中心发生 对撞时间有关的外加脉 对撞时间有关的外加脉 冲触发 冲触发 99 用于重离子固定靶实验。

用于重离子固定靶实验。 规模较小；由于重离子碰撞中产生的很高的粒子径迹密度， 规模较小；由于重离子碰撞中产生的很高的粒子径迹密度， 因此侧重点在双径迹分辨及次级顶点的重建。 因此侧重点在双径迹分辨及次级顶点的重建。 密布的短丝（密布的短丝（NA36 NA36，，BNL810 BNL810气体探测仪，无感应条读出） ，无感应条读出） 将阴极感应条平面分成大量的感应片（将阴极感应条平面分成大量的感应片（NA35 NA35，，HISS HISS，， 无信号丝读出） 无信号丝读出） ee 对撞机的实验中的对撞机的实验中的TPC TPC有好的动量分辨及粒子鉴 有好的动量分辨及粒子鉴 别，双径迹分辨较差； 别，双径迹分辨较差； 重离子实验中的 重离子实验中的TPC TPC有好的双径迹分辨，一般也有好的 有好的双径迹分辨，一般也有好的 动量分辨，但粒子鉴别能力较差 动量分辨，但粒子鉴别能力较差 五、其它气体 五、其它气体TPC TPC 10 10 用液体代替气体作为带电粒子的探测介质有许多用液体代替气体作为带电粒子的探测介质有许多 优点。 优点。 气泡室、液氩电磁量能器 气泡室、液氩电磁量能器 液体液体TPC TPC具有良好的能量与空间分辨，像气泡室 具有良好的能量与空间分辨，像气泡室 一样，能给出电离径迹的三维成像。

特别适合高 一样，能给出电离径迹的三维成像。特别适合高 精度、大质量的应用与寻找稀有事例的实验中， 精度、大质量的应用与寻找稀有事例的实验中， 例如太阳中微子、质子衰变及双 例如太阳中微子、质子衰变及双衰变等。 衰变等。 常用液氩常用液氩(LAr) (LAr) 六、液体 六、液体TPC TPC 11 11 屏蔽栅屏蔽栅(Y) 感应平面感应平面(Y) (Y)由灵敏 由灵敏 丝（22根一组，相距根一组，相距 0.6mm 0.6mm）、屏蔽丝 ）、屏蔽丝 构成 构成 收集平面收集平面(X) (X)给出另 给出另 一维坐标 一维坐标 屏蔽栅的存在，使得屏蔽栅的存在，使得 在漂移电子未穿过栅 在漂移电子未穿过栅 丝之前，不会在灵敏 丝之前，不会在灵敏 丝上产生感应信号。 丝上产生感应信号。 屏蔽栅平面对漂移电子100%透明的条件E2/E1>1.4 E3/E1>3 电场线将在感应平面的灵敏丝之间通过而 到达收集平面的灵敏丝 1212 三维成像三维成像 每个事例 每个事例22个二维平面成像： 个二维平面成像： 漂移时间 漂移时间--感应丝、漂移时间 感应丝、漂移时间- -收集丝 收集丝 被取样采集的电荷值表示为像素的黑度，越黑表示电荷值越高被取样采集的电荷值表示为像素的黑度，越黑表示电荷值越高 13 13 宇宙线引起的簇射在收集面的成像 包含电磁簇射和强子簇射 小黑点由1MeV的光子形成 14 14 15 15 MDM MDM 顶点探测器位于最内部，维修难。

不仅要求定位精度高和计数率限高，顶点探测器位于最内部气体探测仪甲苯检测仪，维修难。不仅要求定位精度高和计数率限高， 还要求高可靠性、抗辐射性能强。 还要求高可靠性、抗辐射性能强。 MDM (Multidrift Module) MDM (Multidrift Module) 一、结构结构 单元：半径1.5mm1+6； 31m的不 锈钢丝性能最好 模块：70个单元包在30mm的六角形碳纤 维管内。管子作为机械 支撑、气体密封。 每根径迹30次取样16 16 二、性能 纵向（沿丝）分辨率0.9%丝长 抗辐照性能好：0.5-1.0A/cm，比通常 的MWPC好20倍 单元死时间30-40ns17 17 一、结构结构 由由44--6mm6mm的圆柱形连 的圆柱形连 续阴极面代替几根阴极 续阴极面代替几根阴极 丝限定的小单元。 丝限定的小单元。 阴极是铝化的阴极是铝化的Mylar Mylar或或 Lexan Lexan膜，厚度 膜，厚度30 30mm，， 并不引进更多的散射和 并不引进更多的散射和 吸收 吸收 当丝断裂时可以起到很当丝断裂时可以起到很 好的隔离作用，也可较 好的隔离作用，也可较 好地消除噪声 好地消除噪声 长度可达几米，需中间长度可达几米，需中间 加支撑。

加支撑。 STC STC STC (Straw Tube Chamber) STC (Straw Tube Chamber) 18 18 二、性能 单元死时间：~40ns 进一步减小管子的直径、增加长度是对制作工艺的挑战。 19 19 MWPCMWPC和漂移室是具有代表性的气体探测器。 和漂移室是具有代表性的气体探测器。不仅在 不仅在 粒子物理实验中得到广泛的应用，且在 粒子物理实验中得到广泛的应用，且在XX射线晶体学、 射线晶体学、 生物医学和天体物理等领域发挥重要作用。 生物医学和天体物理等领域发挥重要作用。 MWPCMWPC的局限性： 的局限性： 垂直阳极丝方向，空间分辨率有丝距（垂直阳极丝方向，空间分辨率有丝距（2mm 2mm）决定。 ）决定。 由于正离子收集时间长，计数率受到限制。由于正离子收集时间长，计数率受到限制。 解决方法： 解决方法： 减小丝距减小丝距::改进空间分辨率，减小每根丝承受的粒子通量。 改进空间分辨率，减小每根丝承受的粒子通量。 减小阳极和阴极间的气隙：缩短离子收集时间，减小空间电荷减小阳极和阴极间的气隙：缩短离子收集时间，减小空间电荷 效应 效应 但这两种方法都会减小输出幅度（但这两种方法都会减小输出幅度（MM、电离数），机械加工精 、电离数），机械加工精 度的限制（ 度的限制（S

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