Building a large-area GEM-based readout chamber for the upgrade of the ALICE TPC
大型时间投影室（TPC）是欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）ALICE实验中跟踪和识别带电粒子的主要装置。在2019-2020年的第二次长时间关闭之后，LHC将以高达50 kHz的相互作用速率提供Pb束碰撞，这大约是TPC目前读出速率的100倍。为了充分利用LHC的潜力，TPC将根据气体电子倍增器（GEM）技术进行升级。ALICE TPC外读出室（OROC）的原型配备了12个大尺寸GEM箔作为放大级，以证明用新技术取代当前多丝比例室的可行性。总面积为$\sim$ 0.76 m $^2$，是迄今为止建造的最大的基于GEM的探测器。GEM OROC安装在试验场笼内，并使用放射源进行调试。
2016-06-13 hep-ex physics.ins-det
GEM Module Design for the ILD TPC
计划在下一个直线对撞机上建立一个使用微型气体探测器的时间投影室，作为探测器的主要跟踪装置。一种新型的气体电子倍增器（GEMs）的支撑结构，它最大限度地减少了材料，提高了箔的平整度，已经开发和测试了多个GEM模块在一个大型TPC原型在DESY。减少GEM模块边界处的死材料改善了场均匀性。此外，模拟结果表明，在模块边界处的场成形环可以改善非均匀场区域的电荷收集。该成形线被集成到模块设计中，并且已经进行了具有三个模块的成功的测试束活动。首先将讨论有关分辨率和场失真的结果。
2013-10-02 hep-ex physics.ins-det
GEM Foil Quality Assurance For The ALICE TPC Upgrade
欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的ALICE（大型离子对撞机实验）实验致力于重离子物理学，以探索强相互作用物质的结构。ALICE的时间投影室（TPC）是位于实验中心区域的跟踪探测器。它提供了出色的跟踪能力以及粒子识别。在第二次长时间关闭（LS2）之后，LHC将以更高的亮度运行。为了能够将数据采集速率提高100倍，ALICE TPC实验必须替换基于多丝比例室（MWPC）的读出室。MWPC与将速率限制为O（kHz）的门控网格一起操作。新的读出室（ROC）设计基于气体电子倍增器（GEM）技术，以连续模式运行。目前的GEM生产计划预计将生产800多种不同类型的GEM箔。为了满足GEM TPC读出器的性能要求，需要采取全面的质量保证（QA）措施。QA计划，由ALICE合作开发，将详细介绍。
2017-04-20 hep-ex physics.ins-det
Measurement of dE/dx resolution of TPC prototype with gating GEM exposed to an electron beam
时间投影室（TPC）可以使用由读出垫行测量的能量损失（dE/dx）来识别粒子种类。用于国际直线对撞机实验的ILD（国际大型探测器）-TPC的dE/dx分辨率预计将具有高分辨率以进行清晰识别。我们的原型TPC与门控装置（门控GEM），以抑制离子反馈的dE/dx分辨率进行了测量，使用电子测试束在磁场中的设备在DESY。使用该测试光束数据估计ILD-TPC的dE/dx分辨率。测量信号电荷作为光束入射角的函数。在本文中，我们报告的信号电荷和dE/dx分辨率的测量。
2018-01-14 hep-ex physics.ins-det
A GEM based TPC for beam monitoring
近年来，气体电子倍增器已被证明是高束流率下可靠的放大级，并且也可用于时间投影室。本课题组研制了1 dm $^3$活性体积双GEM TPC，空间分辨率为50 $μm$和280 $μ$ m。定制设计的FPGA数据采集系统可实现约100 kHz $\cdot$ mm $^{-2}$的速率能力，提供出色的逐道位置和角度信息，分别优于0.1 mm和1 mrad。该系统的宽动态范围使得能够使用电离测量从$^{4}$ He到$^{86}$ Kr进行识别。其中两个TPC计划以串联模式运行，以过滤关闭时间粒子并实现更高的角分辨率。
2020-09-04 hep-ex physics.ins-det
GEM Studies for LCTPC
LCTPC合作正在为未来的线性对撞机开发一个时间投影室（TPC）。在ILC探测器的ILD概念中，TPC被预见为主要跟踪设备。为了在阳极上获得可测量的信号，由穿过TPC的带电粒子产生的初级电子必须倍增。为此目的，可以使用气体电子倍增器（GEM）。DESY FLC小组对这些GEM进行了研究，并在下文中介绍。
2009-01-30 hep-ex physics.ins-det
Space-Charge Effects in an Ungated GEM-based TPC
时间投影室（TPC）在高速率实验中的应用的基本限制是缓慢漂移离子在活性气体体积中的积累，这损害了漂移场的均匀性，从而损害了检测器分辨率。传统上，通过使用离子门控结构来克服该问题。然而，这种方法引入了大的死区时间，并将触发速率限制在每秒几百次。通过使用气体电子倍增器（GEM）箔进行气体放大，可以从设置中消除离子门，这本质上抑制了离子的回流。这使得TPC在高速率下的连续操作是可行的。在这项工作中，蒙特卡罗模拟的离子空间电荷的建立在一个GEM为基础的TPC和由此产生的漂移失真的校正进行了讨论，基于现实的数字在三个GEM放大堆栈的离子回流。FAIR未来的PANDA实验中的TPC可以作为实验环境的一个例子，在该实验中，反质子-质子相互作用速率将达到每秒2 × 10^7。模拟结果表明，空间电荷密度达到65 fC每立方厘米，导致电子漂移失真高达10毫米。激光校准系统的应用，以纠正这些失真的影响。基于探测器物理和响应的全面模拟，我们表明，它是可能的，以纠正漂移失真，并保持良好的动量分辨率的GEM-TPC。
2012-09-03 hep-ex physics.ins-det
Cosmic ray tests of a GEM-based TPC prototype operated in Ar-CF4-isobutane gas mixtures: II
沿焊盘行方向的空间分辨率进行了测量与基于GEM的TPC原型未来的直线对撞机实验，以了解其性能的轨道与有限的投影角度相对于焊盘行法线。由于角垫效应的分辨率的退化被证实是一致的预测一个简单的计算，考虑到簇的大小分布和雪崩波动。
2014-04-03 hep-ex physics.ins-det
Cosmic ray tests of a GEM-based TPC prototype operated in Ar-CF4-isobutane gas mixtures
在未来的直线对撞机实验中，掺有CF 4的氩气由于其漂移电子的横向扩散小，特别是在强磁场下，有望成为用于时间投影室（TPC）的良好候选气体。为了证实这种气体混合物优于传统的TPC气体，我们进行了宇宙射线测试，使用GEM基TPC主要在0 - 1 T轴向磁场下的Ar-CF 4-异丁烷混合物中操作。给出了气体增益、横向扩散常数等气体特性的测量结果以及空间分辨率的测量结果。
2023-03-21 hep-ex physics.ins-det
TPC-like readout for thermal neutron detection using a GEM-detector
小于200 μ m的空间分辨率对于热中子探测是具有挑战性的。基于时间投影室（TPC）的概念，提出了一种新的气体电子倍增器（GEM）探测器读出方案。热中子被捕获在一个单一的2微米厚的硼-10转换器阴极和二次氦和锂离子产生的组合能量为2.8兆电子伏。这些离子具有足够的能量来形成几毫米长的直线轨道。基于APV 25芯片，在两个方向上具有400 μ m间距的时间分辨二维读出，跟踪离子并重建它们在阴极转换器箔中的相应原点。使用Ar-CO2 93：7%的气体混合物，在Garching中子源（FRMII）上用三重GEM探测器装置对4.7埃的中子观察到100 μ m（FWHM 235 μ m）的分辨率。
2015-09-08 hep-ex physics.ins-det
Spatial Resolution Studies with a GEM-TPC in High Magnetic Fields
国际直线对撞机（ILC）的主要跟踪装置是大体积时间投影室（TPC）。气体电子倍增器（GEMs）被研究作为传统的基于线的TPC气体放大系统的潜在替代品。本次演讲介绍了一个小型GEM-TPC原型的研发活动的最新成果。在4 T以下的不同磁场下测量了空间分辨率。
2005-06-24 physics.ins-det
High Magnetic Field Performance of a GEM-TPC
大体积时间投影室（TPC）是未来直线型电子对撞机探测器的主要跟踪装置。气体电子倍增器（GEMs）被研究作为传统的基于线的TPC气体放大系统的潜在替代品。本次演讲介绍了一个小型GEM-TPC原型的研发活动的最新成果。在4 T以下的不同磁场下测量了空间分辨率。
2004-08-31 physics.ins-det
The GEM QA Protocol of the ALICE TPC Upgrade Project
欧洲核子研究中心大型强子对撞机的ALICE实验正在升级其中央跟踪探测器--时间投影室（TPC）。该装置预计将在大型强子对撞机第二次长时间关闭期间安装。升级包括将现有的MWPC读出室（ROC）与基于气体电子倍增器探测器的新读出室进行完全交换。这是必要的，因为LHC的光度更高，因此相互作用速率更高。与500 Hz的门控MWPC读出相比，新的ROC允许在50 kHz下连续读出，同时保持本系统的颗粒识别能力。制定了全面的质量保证计划，以建立严格的QA协议。QA包括两个阶段。第一阶段是在CERN的GEM生产车间附近进行基本的QA，之后在框架和组装中心进行。第二阶段，高级QA在专门的QA中心完成。在整个过程中将保持探测器组件的完全可追溯性。将给出协议的详细描述，重点是高清晰度的光学扫描和增益测量的个别GEM箔。新ALICE TPC ROC的生产终于开始了。首先将介绍在生产条件和工作量下的QA经验。
2018-11-16 hep-ex physics.ins-det
Performances of a GEM-based Time Projection Chamber prototype for the AMADEUS experiment
大量的高能重离子实验成功地使用了时间投影室作为中心跟踪器和粒子识别探测器。然而，新的高速粒子实验对TPC的性能要求大大超过了传统的多丝正比室（MWPC）的TPC读出能力。气体电子倍增器（GEM）探测器作为放大器件，在提高TPC性能方面具有很大的潜力。在本文中，我们提出了一种新的基于GEM的TPC探测器的研发活动，作为AMADEUS内部的原型，AMADEUS是一个新的实验方案，在DAFNE对撞机在Atenatori Nazionali di Frascati（INFN），旨在进行测量的低能量负K介子相互作用的核。为了评估GEM-TPC的性能，已经实现了漂移间隙高达15 cm的10 × 10 cm 2原型。该探测器在Paul Scherrer Institut（PSI）的pM 1束流设备上进行了测试，使用的是低动量的π介子和质子，没有磁场。测量了氩-异丁烷混合气体的漂移特性，并与Magboltz预测进行了比较.检测效率和空间分辨率作为大量参数的函数，如气体增益，漂移场，前端电子阈值和粒子动量，进行了说明和讨论。粒子识别能力和测量的能量分辨率在异丁烷为基础的气体混合物也报告。
2013-02-13 hep-ex physics.ins-det
Design and Construction of a TPC using GEM Foils for Gas Amplification
国际直线对撞机（ILC）的挑战性物理计划对其跟踪系统的性能提出了严格的要求。大体积的时间投影室（TPC）被认为是这种跟踪器的良好候选者。尽管传统的TPC使用基于有线的气体放大系统，但未来的TPC可能使用微图案气体检测器作为电子设备。G.用于气体放大的气体电子倍增器（GEMs）。本次演讲概述了最近的研究与开发活动的成果，以建立一个TPC与GEM为基础的气体放大系统。这包括通过多个GEM结构的电荷转移研究，场笼设计和高磁场中的空间分辨率测量。
2004-10-15 physics.ins-det
A Large Ungated TPC with GEM Amplification
时间投影室（TPC）是一种理想的设备，用于检测几乎覆盖$4π$立体角的大体积带电粒子径迹。给定粒子轨迹上的高密度命中促进了高占用环境中的模式识别任务，并且另外通过测量每个轨迹的比能量损失来提供粒子识别。基于这些原因，具有多丝正比室（MWPC）放大的TPC已经并被广泛用于记录重离子碰撞的实验中。然而，一个显著的缺点是通过使用门控网格产生的每个事件大约1 ms的大死区时间，这是强制性的，以防止在放大区域中产生的离子漂移回到漂移体积中，在漂移体积中，它们将严重扭曲后续轨道的漂移路径。因此，对于具有较高事件率的实验，在没有显著数据丢失的情况下，不能应用利用触发的门控网格操作的传统TPC的概念。连续读出信号是更合适的操作方式。然而，这构成了范式的改变，在放大区域、读出电子器件的设计和带宽以及数据处理方面存在相当大的挑战。这种操作的强制性先决条件是足够好地抑制来自雪崩区域的离子回流，否则这限制了这种检测器的跟踪和粒子识别能力。气体电子倍增器（GEM）是一个很有前途的候选人，结合良好的空间分辨率与离子的内在抑制。本文介绍了一种带GEM放大和无栅控栅极的大型TPC（GEM-TPC）的设计、建造和调试。
2017-02-16 hep-ex physics.ins-det
Recent Performance Studies of the GEM-based TPC Readout (DESY Module)
对于计划中的国际直线对撞机（ILC）上的国际大型探测器（ILD），预计将时间投影室（TPC）作为主要的跟踪探测器。为了达到所需的点分辨率，微模式气体检测器（MPGD）将用于放大阶段。一个读出模块使用的堆栈的三个气体电子倍增器（GEM）的气体放大在DESY开发和测试在DESY II测试束设施。在介绍了读出模块和基础设施的测试束设施，性能相关的单点和双击中的分辨率，这些模块的。其次是系统的粒子识别能力的结果，使用特定的能量损失dE/dx，和模拟研究，旨在调查和量化高粒度对dE/dx分辨率的影响。此外，还介绍了一种新的和改进的TPC场笼和用于测试束的LYCORIS大面积硅带望远镜。LYCORIS光束望远镜预计将提供粒子轨迹的精确参考，以验证大型TPC原型测量的动量分辨率。为此，它正在所谓的PCMAG（持续电流磁铁）内的测试束设施中进行安装和测试。
2020-06-24 hep-ex physics.ins-det
A GEM TPC End-Panel Pre-Prototype
为大型LC-TPC原型构建了GEM TPC端板预原型，以测试其基本设计理念和一些工程细节。介绍了其中期试验结果。
2007-10-01 physics.ins-det
Development of a Time Projection Chamber Using Gas Electron Multipliers (GEM-TPC)
我们研制了一个用于高能重离子碰撞实验的气体电子倍增器（GEM-TPC）时间投影室。为了研究其性能，我们进行了3种气体（Ar（90%）-CH 4（10%），Ar（70%）-C2 H6（30%）和CF 4）的束流测试。探测效率为99%，空间分辨率为79 $μ$ m的焊盘-行方向和313 $μ$ m的漂移方向。测试结果表明，GEM-TPC满足高能重离子碰撞实验的要求。介绍了GEM-TPC的结构和性能。
2006-09-23 physics.ins-det
Discharge probability studies with multi-GEM detectors for the ALICE TPC Upgrade
大型时间投影室（TPC）是欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）ALICE实验中跟踪和识别带电粒子的主要装置。在2019-2020年的第二次长时间关闭之后，LHC将以高达50 kHz的相互作用速率提供Pb束碰撞，这大约是TPC目前读出速率的50倍。为了充分利用LHC的潜力，TPC读出室将升级为气体电子倍增器（GEM）技术。为了确保升级后的腔室在恶劣的LHC环境中的稳定行为，启动了一项专门的研发计划，以优化GEM堆的几何形状及其在放电方面的高压配置。我们总结了用高度电离α粒子照射的3-和4-GEM原型进行的放电概率测量。
2018-07-09 physics.ins-det
Spatial resolution of a GEM readout TPC using the charge dispersion signal
国际直线对撞机（ILC）的探测器的中央带电粒子跟踪器正在考虑采用大体积的时间投影室（TPC）。为了满足具有可管理数量的读出焊盘和电子通道的~100微米的ILC-TPC空间分辨率挑战，正在开发微图案气体检测器（MPGD），其可以使用宽度与比例线/阴极焊盘TPC相当的焊盘。我们已经建立了一个原型GEM读出TPC与2毫米x 6毫米的垫使用的新概念的电荷分散在MPGD与电阻阳极。在无磁场的Ar/CO_2（90：10）宇宙线实验中，测量了小角度径迹的横向分辨率与漂移距离的关系。具有电荷分散读出的GEM-TPC分辨率明显优于用常规直接电荷读出技术进行的先前测量。
2006-10-26 physics.ins-det
Discharge and stability studies for the new readout chambers of the upgraded ALICE TPC
欧洲核子研究中心（CERN）LHC的大型离子对撞机实验（ALICE）时间投影室（TPC）目前装备有多丝正比室（MWPC）。门控栅格防止在气体放大期间产生的离子移动到漂移体积中。电子的最大漂移时间连同选通栅极的关闭时间允许约3 kHz的最大读出速率。在长周期2（从2021年开始）之后，LHC将以50 kHz的预期相互作用速率提供铅-铅碰撞。为了以这种速度获取数据，TPC将升级为新的读出室，允许连续读出并保留当前MWPC的能量和动量分辨率。如果适当调整施加到气体电子倍增器（GEM）的电压，则具有四个气体电子倍增器（GEM）的堆叠的腔室满足所有性能要求。为了确保这些腔室在LHC运行时稳定，进行了放电行为的研究。我们报告的研究与小型原型配备了一个或两个创业板。放电是通过GEM两端的高电压和高度电离的颗粒的组合自愿诱导的。在这些研究中，观察到“二次放电”现象。这些仅发生在初始放电之后，当GEM上方或下方的电场足够高时。初始和二次放电之间的时间范围从几十微秒到小于1微秒，随着电场的增加而减小。在GEM底侧的高压电源路径中使用去耦电阻器可将这些放电的发生转移到更高的电场。
2017-05-19 hep-ex physics.ins-det
A Beam Test of Prototype TPCs using Micro-Pattern Gas Detectors at KEK
我们进行了一系列的光束测试的原型TPC的国际直线对撞机（ILC）的实验，配备了MWPC，MicroMEGAS，或GEM作为读出设备。样机在KEK的试验束中在高达1 T的轴向磁场下成功运行。数据分析目前正在进行中，并与我们的解释一起提出了一些初步结果与GEMS和MicroMEGAS。还给出了所获得的空间分辨率的外推到预期的ILC实验的中央跟踪器的大TPC。
2019-03-14 hep-ex physics.ins-det
Twin GEM-TPC Prototype (HGB4) Beam Test at GSI - a Development for the Super-FRS at FAIR
GEM-TPC探测器将成为标准Super-FRS探测系统的一部分，作为沿分离器及其三个分支的几个中心站的跟踪探测器。
2016-12-16 physics.ins-det
Performance of a large aperture GEM-like gating device for the International Linear Collider
基于微图案气体探测器（MPGD）的时间投影室（TPC）的潜在问题之一是离子回流（IBF）：雪崩放大过程中产生的离子回流到TPC的漂移体积中，扰乱TPC内部的电场，从而导致方位空间分辨率的不可忽视的下降。同时，需要收集初级电离电子以保持MPGD的固有性能。基于MPGD的TPC目前计划用作国际大型探测器（ILD）的中央跟踪探测器，ILD是未来国际直线对撞机（ILC）项目的探测器概念之一，并且其需要在TPC的漂移长度上小于100 ${\rm μm}$的精细方位角空间分辨率以获得高动量分辨率。由于ILC独特的波束结构，IBF是实现ILD-TPC的关键问题。为了抑制离子向漂移区的回流，同时又能使初级电子通过，研制了一种大孔径的类GEM选通器件。为了验证选通装置的性能，进行了几次台架试验，并对装有选通装置的全探测器模块进行了束流测试，以验证全模块所能提供的分辨率。结果表明，所开发的门控器件满足维持基于MPGD的TPC的性能的要求，并且对于ILC处的ILD的中央跟踪器具有足够的性能。
2017-12-28 hep-ex physics.ins-det
The Ultra-Low material budget GEM based TPC for tracking with VMM3a readout
本研究完成了TWIN构型超低物质量GEM-TPC的固化，采用VMM3a/SRS读出，在CERN SPS的H4束线用多种气体混合物测试其径迹性能，为PSI MIXE实验的低动量μ子探测提供支撑。
2025-03-18 hep-ex physics.ins-det
TPC Performance in Magnetic Fields with GEM and Pad Readout
一种新型的带电粒子跟踪装置，一个高精度的时间投影室与气体电子倍增器和垫读出，是一个领先的候选人作为中央跟踪器的实验在国际直线对撞机。为了表征这样的系统的性能，一个小TPC已在磁场内运行，测量宇宙射线和激光轨迹。良好的跟踪分辨率和两个粒子的分离，足够的大规模ILC中央跟踪器，实现。
2005-09-07 physics.ins-det
Research and development in cylindrical triple-GEM detector with $μ$TPC readout for the BESIII experiment
第三代北京电子能谱仪（BESIII）是用于高能物理研究的仪器。寻找新粒子并测量其性质或研究罕见的过程是为了了解这些测量是否证实了标准模型，并寻找超越它的物理学。探测器确保重建属于亚原子领域的事件。由于装置的辐射水平，BESIII内跟踪器的操作和效率受到影响。需要一种新的探测器来保证更好的性能并改进物理研究。圆柱形三重GEM探测器（CGEM）是对这一需求的回答：它将保持内部跟踪器的优异性能，同时提高光束方向上的空间分辨率，从而更好地重建次级顶点。CGEM的技术挑战与其空间限制和所需的圆柱形状有关。同时，检测器必须确保接近1的效率和优于150 $μ$ m的稳定空间分辨率，与轨道入射角和1 T磁场的存在无关。在2014-2018年期间，CGEM-IT已经设计和建造。通过几个测试束和模拟的最佳配置从几何和电气的观点已经被发现。这允许测量与CGEM-IT相互作用的带电粒子的位置。两种算法已被用于此目的，电荷质心和$μ$ TPC，一种新的技术，由ATLAS在MicroMegas中引入，并在这里开发的第一次为三GEM探测器。一个完整的三GEM仿真软件已经开发，以提高知识的检测过程。该软件在BESIII离线软件中再现CGEM-IT行为。
2019-04-13 hep-ex physics.ins-det
Performance evaluation of a GEM-based readout module for the ILC TPC with a large aperture GEM-like gating device by a beam test
在国际直线对撞机（ILC）上利用反冲质量技术对希格斯玻色子进行精确测量时，需要有较高的动量分辨率。国际大型探测器（ILD）设计为通过MPGD读出时间投影室（TPC）满足这一要求，该时间投影室提供约200个采样点，每个采样点的空间分辨率为100 $μ$ m，在3.5 T的磁场中运行。然而，存在一个潜在的问题，即在端平面检测器模块中的气体放大过程中产生的许多正离子将流回到TPC的漂移体积中并使其电场失真。这些正离子必须在到达漂移体积之前通过门控装置去除。我们已经开发了一种类似GEM的门控装置（门控箔），以防止离子回流到漂移体积，并评估其性能。在DESY进行了性能测量，使用5 GeV电子束和1 T磁场中的大型原型TPC。我们已经测量了我们的MPGD模块配备的门控箔和电子传输率的门控设备的空间分辨率。这是世界上第一个配备高性能选通设备的“无线”TPC的测试束实验。在这份报告中，我们提出了我们的空间分辨率和电子传输率的结果。
2020-02-27 physics.ins-det
A Muti-channel Distributed DAQ for n-TPC
清华大学粒子与辐射成像教育部重点实验室研制了一台新型快中子谱仪n-TPC。中子能谱可以根据704垫GEM-TPC检测到的反冲质子的反冲角和能量来计算。在2014年北京大学重离子物理研究所的束流测试中，n-TPC在6 MeV的能量分辨率和0.5倍的探测效率下表现优于6倍。为了找到最佳的工作参数（气体的成分和比例、GEM各层之间的高电压等）。为了支持n-TPC在各种条件下的应用，设计了一个多通道分布式数据采集器，用于读取704个通道的信号。它具有25 Ms/s以上的采样率和12 bit的分辨率，在TPC应用领域可以像传统的DAQ一样记录时间和幅度信息。然而，这种分布式DAQ的主要设计目标是更灵活的参数调制和操作。它可以支持n-TPC而不受机箱的限制，并将来自704个通道的信号同时按不同的事件分类，而无需事件触发器。
2015-05-07 hep-ex physics.ins-det
Stability and detection performance of a GEM-based Optical Readout TPC with He/CF$_4$ gas mixtures
研究了基于三个气体电子倍增器的电子放大结构的光学读出时间投影室的性能和长期稳定性。He/CF $_4$基气体混合物以两种不同的比例（60/40和70/30）用于具有7升灵敏体积的CYGNO原型中。在电子增益非常相似的情况下，两种混合物在整个探测器体积内的探测效率几乎都是满的，而60/40的光产额比60/40的光产额高20%左右。该探测器在整个周期内工作在非常稳定和安全的条件下。在CF $_4$较少的情况下，明确检测到不稳定事件的概率较大。
2020-08-17 hep-ex physics.ins-det
Development of a GEM based TPC Readout for ILD
对于预计将在国际直线对撞机上建造的国际大型探测器，打算将一个时间投影室用作主要的跟踪探测器。放大将由微模式气体检测器（MPGD）提供。一种选择是使用气体电子倍增器（GEM）结合分段焊盘读出平面。DESY的TPC小组开发了一种模块化系统，实现了安装在薄陶瓷网格上的三重GEM堆栈。与常用的玻璃钢框架相比，这种材料选择允许在减少的材料量和死区的情况下实现支撑结构的高机械刚度。本文概述了这一系统的现状。这包括讨论我们希望在上一代模块中改进的要点以及在最新版本中实现的内容。模块生产过程的改进，确保了一致的质量，并向可能的批量生产迈出了一步。
2017-03-16 physics.ins-det
Results from a Prototype Combination TPC Cherenkov Detector with GEM Readout
组合时间投影室-切伦科夫原型探测器已被开发作为未来电子离子对撞机探测器研发计划的一部分。该原型在费米实验室试验束设施进行了测试，以提供原理证明，证明该探测器能够测量粒子轨迹，并在一个共同的探测器体积内提供粒子识别信息。TPC部分由一个10 x10 x10 cm 3的场笼组成，它将电荷从磁道传递到10 x10 cm 2的四重GEM读出器。通过在2x 10 mm 2锯齿形焊盘阵列上插入簇的命中位置来重建磁道。切伦科夫组件由分割成3x 3正方形焊盘的10 x10 cm 2读出平面组成，也耦合到四重GEM。当径迹穿过TPC的漂移体积时，所产生的切伦科夫光能够通过构成场笼一侧的稀疏排列的导线逃逸，面对切伦科夫探测器的CsI光阴极。切伦科夫检测器因此在无窗、接近聚焦配置中操作以获得高效率。纯CF 4用作两个检测器组件的工作气体，主要是由于其对深紫外线的透明度以及其高N 0。从光束测试的结果，以及其粒子ID能力的结果将进行讨论。
2019-04-26 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Cosmic Ray Tests of the Prototype TPC for the ILC Experiment
时间投影室（TPC）是国际直线对撞机（ILC）实验中心跟踪器的有力候选者，我们已经在高达4 T的磁场下进行了一系列宇宙线实验，使用了一个小型的TPC原型，其读出装置为多丝正比室（MWPC）或气体电子倍增器（GEM）。我们首先证实了在4 T的强轴向磁场下，MWPC读出不能作为ILC-TPC的后备选项，因为其空间分辨率严重受到线平面附近的所谓E x B效应的影响。GEM读出，另一方面，被发现是几乎没有的E × B效应，如预期的，并给出了由漂移电子的横向扩散（扩散限制）确定的分辨率。此外，与MWPC相比，GEM允许更广泛的气体混合物选择。在我们迄今为止尝试的气体中，Ar-CF 4-异丁烷的混合物，其中MWPC可能易于放电，似乎有希望作为ILC-TPC的工作气体，因为其小的扩散常数，特别是在强磁场下。我们报告测量的漂移特性的混合物，包括扩散常数作为电场的函数，并将它们与Magboltz的预测进行比较。还提出了一个基于GEM的ILC-TPC的空间分辨率估计的测量与原型。
2009-05-18 hep-ex physics.ins-det
Development of a GEM-TPC prototype
GEM箔用于TPC的放大级而不是传统的MWPC允许人们绕过选通的必要性，因为由于非对称场配置，反向漂移被抑制。通过这种方式，可以实现一种新颖的连续运行的TPC，这代表了PANDA中央跟踪器的一种选择。一个直径为300毫米、长度为600毫米的中型原型将在GSI的FOPI光谱仪内使用中等能量（E = 1-3AGeV）的碳或锂束进行测试。在现实的实验条件下，这种检测器测试应该使我们能够验证单个轨道的空间分辨率和位移顶点的重建能力。利用FOPI谱仪和GEM-TPC进行了一系列π介子束的物理测量。
2009-11-04 physics.ins-det
Design Studies for a TPC Readout Plane Using Zigzag Patterns with Multistage GEM Detectors
一个新的时间投影室（TPC）目前正在开发中的sPHENIX实验在RHIC。TPC将在每一端使用多级GEM探测器读出，并将被分为半径约40个焊盘层。每个衬垫层都需要提供~250微米的空间分辨率，这必须以最小的通道数实现，以便最大限度地降低检测器的总成本。目前的建议是将焊盘制成锯齿形，以增强相邻焊盘之间的电荷共享。这将允许将命中位置内插到高精度的可能性，从而导致比读出焊盘的2 mm间距好许多倍的位置分辨率。本文讨论了为优化TPC读出板锯齿形焊盘的尺寸和形状而进行的各种模拟研究，以及制造过程中的技术挑战。本文还描述了在实验室中使用高度准直X射线源进行测量获得的第一个原型读出板的性能。
2018-01-08 physics.ins-det
New technique of ion identification in Accelerator Mass Spectrometry using low-pressure TPC with GEM readout
本文提出一种基于低压TPC与GEM读出的离子鉴别新技术，通过同时测量离子径迹长度和能量，可在AMS中有效分离10Be与10B等同量异位素，用于新生代地质定年。
2023-05-11 physics.ins-det
The Super-FRS GEM-TPC prototype development - TDR
本文档包含Super-FRS的光束诊断组件跟踪探测器的预设计。GEM-TPC探测器已被建议作为合适的跟踪探测器的离子/碎片束产生的飞行中分离器超级FRS正在建设中的FAIR设施。该探测器概念结合了充气探测器中两种广泛使用的方法，即时间投影室（TPC）和气体电子倍增（GEM）。三代探测器（原型）已在2011年、2012年和2014年使用相对论离子束在GSI进行了测试。由于Super-FRS的高分辨率消色差模式，高度均匀的传输跟踪探测器对于标记离子/碎片束的动量至关重要。它们必须能够提供关于（水平和垂直）偏离标称束流光学的精确信息，同时在逐个事件的基础上使用缓慢提取的束流，以便明确地识别碎片。主要要求是水平和垂直的最大有效面积为（380 x80）mm 2，位置分辨率< 1 mm，最大速率能力为1 MHz，动态范围约为600 fC。沿Super-FRS光束线需要大约32个在真空中工作的跟踪探测器。
2019-06-26 physics.ins-det
Resolution studies of cosmic-ray tracks in a TPC with GEM readout
大体积TPC是未来高能直线对撞机中心跟踪探测器的首选。为了提高分辨率，正在开发一种基于微图案气体探测器的新读出器。测量了GEM TPC中宇宙线径迹的空间分辨率。我们发现，分辨率遭受如果读出垫是太宽的相对于在读出平面上的电荷分布，由于不充分的电荷共享。对于2 x 6 mm**2的窄垫，在没有轴向磁场的情况下，我们在短漂移距离处测量到100微米的分辨率。作为漂移距离的函数的空间分辨率的依赖性允许确定潜在的电子统计。我们的研究结果表明，本技术使用约一半的统计功率可从初级电子的数量。跟踪角效应如预期的那样被观察到。
2005-02-07 physics.ins-det
Performance of Optically Readout GEM-based TPC with a 55Fe source
具有多个气体电子倍增器（GEM）放大级的大时间投影室（TPC）的光学读出已经显示出为高能粒子跟踪提供非常有趣的性能。低能量和稀有事件研究的拟议应用，如暗物质搜索，要求在keV能量范围内的苛刻性能。这种读出的性能进行了详细的研究，作为一个功能的电场配置和GEM增益，通过使用$^{55}$ Fe源内的7升灵敏体积探测器开发的R\&D为CYGNUS项目的一部分。本文报道的结果表明，传感器的低噪声水平允许以2 keV的阈值操作，同时保持每年小于10个假事件的速率。在这种配置中，随着能量分辨率（$σ$）为18%的5.9 keV的光子的探测效率远高于95%，证明了这种技术的非常有前途的能力。
2019-06-04 physics.ins-det
Study of the d$E$/d$x$ resolution of a GEM Readout Chamber prototype for the upgrade of the ALICE TPC
ALICE合作计划对其中心桶探测器进行重大升级，以便能够应对2020年以后LHC亮度的增加。对于TPC，这意味着用基于GEM（气体电子倍增器）的读出室替代当前使用的门控MWPC（多线比例室）。为了证明，目前的粒子识别能力，通过测量比能量损失的升级后保留，ALICE IROC（内读出室）的原型已在欧洲核子研究中心PS的测试束活动进行了评估。原型的d $E$ /d $x$分辨率已被证明与当前MWPC完全兼容。
2017-07-18 nucl-ex physics.ins-det
From gated to continuous readout - the GEM upgrade of the ALICE TPC
ALICE合作计划对其中心桶探测器进行重大升级，以便能够应对2020年以后LHC亮度的增加。为了在Pb $-$ Pb碰撞中以高达50 $\,$ kHz的增加的相互作用速率进行记录，TPC将以连续读出的非门控模式运行。这就需要用基于GEM（气体电子倍增器）的读出室来替换当前采用的门控多线比例室，同时通过测量比能量损失来保持特别是在粒子识别能力方面的性能。在开始大规模生产升级的读出室之前，启动了所谓的预生产，以表征和验证最终设计的第一个完全组装的读出室的性能。该阶段于2017年3月结束，正式接受生产准备就绪，因此开始批量生产。
2018-03-12 physics.ins-det
3D Simulation of Electron and Ion Transmission of GEM-based Detectors
时间投影室（TPC）已被选为几个高通量和高重复率实验的主要跟踪系统。这些包括正在进行的实验，如ALICE和未来的实验，如PANDA在FAIR和ILC。在采用气体电子倍增器（GEM）作为ALICE-TPC升级版的气体放大级时，开展了不同的$\mathrm{R}\&\mathrm{D}$活动。通过这些活动确定了低离子反馈的要求。低离子反馈使空间电荷引起的失真最小化，并保持探测器增益和能量分辨率的必要值。在目前的工作中，加菲尔德模拟框架已被用来研究发生在单，三，四GEM探测器的相关物理过程。本文研究了由不同孔距的箔片组成的四重GEM在不同电磁场配置下的离子回流和电子传输（ALICE TPC的投影解）。最后提出了一种新的三重GEM探测器配置，具有低离子回流分数和良好的电子传输特性，作为一个更简单的GEM为基础的替代方案，适合未来的对撞机实验的TPC。
2017-10-02 physics.ins-det
A Time Projection Chamber for High-Rate Experiments: Towards an Upgrade of the ALICE TPC
时间投影室（TPC）是一种用于超高多重性事件的三维跟踪和粒子识别的强大探测器。它是许多实验的中央跟踪装置，例如欧洲核子研究中心的ALICE实验。然而，开关静电门的必要性，这防止了在放大区域中产生的离子进入漂移体积的MWPC，限制了其应用的触发速率的顺序为1 kHz。通过气体电子倍增器（GEM）箔而不是比例线的电荷放大提供了对离子回流的内在抑制，尽管没有达到与选通栅极相同的水平。详细的蒙特卡罗模拟已经表明，由于来自后向漂移离子的残余空间电荷引起的失真可以被限制到几cm，并且因此可以使用标准校准技术来校正。一个原型GEM-TPC已建成的最大的有效体积迄今为止，这种类型的探测器。它已被委托与宇宙学和粒子束在FOPI实验在GSI，并用于物理测量与π介子束。对于ALICE TPC在CERN LHC的未来操作，预计2019年以后的Pb-Pb碰撞率将达到50 kHz，计划用GEM探测器取代现有的MWPC，以连续的无闪烁读出模式操作，从而使事件率增加100倍。作为研发计划的第一步，内部读出室的原型配备了大尺寸的GEM箔，并暴露于来自CERN PS的质子、π介子和电子束。在本文中，新的结果显示关于离子回流，空间和动量分辨率的FOPI GEM-TPC，探测器校准，和dE/dx分辨率与两个探测器原型。将讨论用于ALICE的具有连续读出的GEM-TPC的前景。
2013-03-26 physics.ins-det
Imaging $^{55}$Fe Electron Tracks in a GEM-based TPC Using a CCD Readout
本文首次利用光学读出TPC和GEM/THGEM放大器件，在低压CF$_4$气体中实现了5.9 keV电子径迹的成像与能谱测量，为暗物质探测和X射线偏振测量提供了重要工具。
2020-04-24 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
A Time Projection Chamber with GEM-Based Readout
对于计划中的国际直线对撞机上的国际大型探测器概念，研究了使用具有微图案气体探测器读出的时间投影室作为主要跟踪探测器。在本文中，结果从原型TPC，放置在1 T螺线管字段和读出与三个独立的GEM为基础的读出模块，报告。TPC暴露于DESY II同步加速器的6 GeV电子束。给出了重建命中的效率、漂移速度的测量、空间点分辨率和场不均匀性的控制。
2016-04-04 hep-ex physics.ins-det
A Prototype Combination TPC Cherenkov Detector with GEM Readout for Tracking and Particle Identification and its Potential Use at an Electron Ion Collider
正在开发一种原型探测器，它结合了用于带电粒子跟踪的时间投影室和用于粒子识别的切伦科夫探测器的功能。TPC由一个10 × 10 × 10 cm 3漂移体积组成，其中电荷漂移到10 × 10 cm 2三重GEM检测器。在由2x 10 mm 2 V形焊盘组成的读出平面上测量电荷，V形焊盘在V形方向上提供每点约100微米的空间分辨率以及dE/dx信息。探测器的切伦科夫部分由第二个10 × 10 cm 2的三重GEM组成，顶层有一个光敏CsI光电阴极。该探测器测量由高于阈值的高速粒子在TPC的漂移气体中产生的切伦科夫光。CF 4或CF 4混合物将用作漂移气体，其对UV光高度透明，并且可以提供用于检测切伦科夫光子的优异效率。漂移气体也用作两种GEM探测器的工作气体。原型探测器已经建成，目前正在实验室中用源和宇宙射线进行测试，计划今后进行更多的测试，以便在测试束中研究探测器。
2015-12-17 nucl-ex physics.ins-det
Twin GEM-TPC Prototype (HGB4) Beam Test at GSI and Jyväskylä - a Development for the Super-FRS at FAIR
FAIR[1]设施是一个研究离子和反质子束的国际加速器中心。它正在德国达姆施塔特建造，作为目前GSI研究所的扩展。该设施的一个主要部分将是Super-FRS[2]分离器，该分离器将包括在项目建设的第一阶段。NUSTAR实验将受益于Super-FRS，它将提供前所未有的放射性离子束（RIB）范围。这些实验将在三个不同的分支中使用不同能量和特性的束流;高能量利用在生产过程中产生的相对论能量为300-1500 MeV/u的RIB，低能量分支旨在使用0-150 MeV/u范围内的束流，而环分支将冷却和储存NESR环中的束流。Super-FRS束流诊断室的主要任务是设置和调整分离器，以及提供跟踪和逐事件粒子识别。赫尔辛基物理研究所和GSI的探测器实验室和实验电子学正在联合研发GEM-TPC探测器，该探测器可以满足这种跟踪探测器在跟踪效率、空间分辨率、计数率能力和动量分辨率方面的要求。目前的原型是该类型的第四代，是同一容器内的两个双配置GEM-TPC。这意味着GEM-TPC中的一个在中间平面w.r.t.另一个2016年，该室在于韦斯屈莱加速器上用质子射弹进行了测试，在GSI上用铀、碎片和碳束进行了测试。
2017-11-22 physics.ins-det
Spatial Resolution of a Micromegas-TPC Using the Charge Dispersion Signal
国际直线对撞机的时间投影室将需要测量大约200个轨道点，分辨率接近100 $μ$ m。微图案气体检测器（MPGD）读出TPC可以利用使用亚毫米宽度焊盘的现有技术以检测器成本和复杂性的大幅增加为代价来实现期望的分辨率。我们最近应用了一个新的MPGD读出概念的电荷分散的原型GEM-TPC和实现良好的分辨率与垫的宽度类似的比例线TPC的可行性。用Micromegas TPC放大级重复电荷分散研究。我们在这里提出我们的第一个结果Micromegas-TPC分辨率与电荷色散。与Micromegas读出的TPC分辨率相比，我们早期的创业板的结果和预期的分辨率从电子统计和横向扩散在气态TPC。
2005-10-11 physics.ins-det
Application of the VMM3a/SRS: A t0-less TWIN GEM-based TPC
本研究将VMM3a ASIC集成到RD51/SRS中构建自触发连续读出系统，结合Twin GEM TPC构型，实现了极低物质量预算、适配多能段粒子束的径迹探测方案。
2025-01-17 physics.ins-det
ALICE TPC upgrade for High-Rate operations
为了满足大型强子对撞机（LHC）未来高亮度环境的需要，提出了一种新型的时间投影室（TPC），用于对ALICE（A Large Ion Collider Experiment at CERN）进行升级改造。该装置将依赖于基于微图案气体检测器（MPGD）的技术（特别是气体电子倍增器（GEM））的固有离子回流（IBF）抑制。GEM旨在最大限度地减少主漂移体积中的空间电荷效应，因此不需要标准选通栅极和由此产生的固有死区时间。这样，就有可能读出大型强子对撞机（LHC）在运行3中高亮度重离子时代以预期的50 kHz峰值相互作用速率提供的所有最小偏差Pb-Pb事件。新的读出电子设备将以高达1~ TB/s的速率将连续数据流发送到新的在线农场。新的读出室将由4个GEM箔堆叠而成，这些箔结合了不同的孔间距。除了低离子回流（$<$ 1）之外，其他重要要求是良好的能量分辨率（对于$^{55}$ Fe X射线，优于12（sigma））和操作稳定性。
2015-11-08 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
GEM-based TPC with CCD Imaging for Directional Dark Matter Detection
本文介绍一种基于GEM的高分辨率CCD读出TPC，用于方向性暗物质探测，实现低能电子与核反冲径迹的精确测量和背景甄别。
2016-09-23 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Identification of low energy nuclear recoils in a gas TPC with optical readout
寻找一种新的技术，能够检测和重建的核反冲事件在keV的能量范围内已经变得越来越重要，只要大面积的大质量WIMP类暗物质候选人已被排除在外。具有光学读出的气体时间投影室（TPC）将TPC技术提供的完整事件信息与上一代科学光传感器的高灵敏度和粒度相结合，是非常有前途的候选者。在Frascati国家实验室测试了用气体电子倍增器（GEM）获得的阳极放大TPC。来自放射源的光子和中子被用来诱导反冲原子核和电子，其动能在[1-100] keV范围内。在大气压下使用He-CF 4（60/40）气体混合物，并且通过高位置分辨率和低噪声的科学CMOS相机和光电倍增管获取GEM通道中倍增期间产生的光。本文提出了一种基于改进聚类技术的多阶段模式识别算法。一些集群的形状可观的是用来识别核反冲中子起源于AmBe源对X射线55 Fe光电子。对能量约为6 keV的核反冲的探测效率达到18%，同时获得96%的~（55）Fe光电子抑制。这使得这种光学读出气体TPC作为定向直接暗物质搜索的超稀有事件的未来调查非常有希望的候选者。
2021-10-27 hep-ex physics.ins-det
Drift time calibration of the ultra-low material budget GEM-based TPC for MIXE
针对 MIXE 技术，集成 GEM 基 TPC 跟踪器并利用光纤探测器实现高精度漂移速度标定，以关联 μ 子停止点与 X 射线发射，推动元素敏感成像与深度分辨分析。
2025-05-24 physics.ins-det
