A TPC with Triple-GEM Gas Amplification and TimePix Readout
我们目前的测量与创业板为基础的TPC原型和TimePix CMOS ASIC作为电荷收集阳极。在DESY的5 GeV电子束中进行了小型原型测试。测试了不同的GEM方向和几何形状。它示出的点分辨率为短的漂移距离优于20微米。在100 MHz时钟频率下，时间分辨率优于10 ns。此外，与放大的像素大小的实验研究解决。为了研究更长漂移距离的性能，在波恩运行了一个漂移长度为26 cm的腔室。还使用GEM和TimePix进行读出，记录了宇宙μ子和Sr90源的数据。空间分辨率和集群特性的漂移距离的依赖进行了研究。
2009-01-30 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
The ALICE TPC: Optimization of the Performance in Run 2 and Developments for the Future
时间投影室是ALICE实验的主要跟踪和粒子识别探测器。CERN LHC在运行2（2015-2018）中提供的高亮度在探测器性能和效率方面提出了新的挑战。对硬件组件和校准软件进行了优化和进一步开发，以应对这些挑战并最大限度地提高数据质量。此外，在特定读出室的边缘处已经观察到电离电子的漂移路径的意外大的局部失真。这些失真是由源自读出室的离子引起的，导致TPC的漂移体积中的局部空间电荷累积。一个新的校准程序已被开发，以纠正空间电荷失真。已经进行了广泛的研究，以了解空间电荷的起源，以及找到一种方法来有效地减轻影响。对于2021年开始的运行3，升级后的TPC的新读出室将基于气体电子倍增器。这意味着一个内在的离子回流，导致大部分的TPC漂移量在最高亮度的大空间电荷失真。空间电荷效应的模拟和校准是新探测器软件框架的重要组成部分。
2019-09-09 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
Track Reconstruction in a High-Density Environment with ALICE
ALICE是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的专用重离子实验。它的主要跟踪和粒子识别探测器是一个大容量的时间投影室（TPC）。TPC被设计为在高能重离子碰撞中产生的高径迹密度环境中表现良好。在这一过程中，我们描述的轨道重建过程中ALICE。特别是，我们专注于LHC运行2数据采集期间（2015- 2018）面临的两个主要挑战，即TPC中的基线波动和局部空间电荷扭曲。我们详细介绍了相应的解决方案，并描述了使我们能够规避这些挑战的软件工具。
2022-03-19 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
ROPPERI - A TPC readout with GEMs, pads and Timepix
提出了时间投影室混合读出的概念。它结合了基于GEM的放大和基于焊盘的阳极平面与像素芯片作为读出电子器件。通过这种方式，实现了能够从初级电离中识别电子团簇的高粒度以及灵活性和大阳极覆盖范围。这种高粒度的好处，特别是dE/dx测量，概述了目前的软件和硬件开发状态的原则证明。
2017-04-05 hep-ex physics.ins-det
Real-time TPC Analysis with the ALICE High-Level Trigger
ALICE高级触发器在线处理数据，以选择感兴趣的（子）事件，或通过建模技术有效地压缩数据。重点介绍了主要的数据源--时间投影室、系统结构以及跟踪和压缩方法的研究现状。
2004-03-10 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
Future Upgrade and Physics Perspectives of the ALICE TPC
大型强子对撞机（LHC）的ALICE实验提出了主要的探测器升级，以充分利用RUN~3中LHC亮度的增加，并扩展低横动量稀有探测器的物理范围。时间投影室（TPC）是ALICE中心筒的主要跟踪和PID装置之一。TPC的最大触发速率目前被选通栅极系统的操作限制在约3.5kHz。为了充分利用运行3中的亮度，TPC预计将以连续读出的非门控模式操作。现有的MWPC读数将被基于微模式气体检测器（MPGD）的读数所取代，该读数提供了内在的离子捕获能力，而无需门控。自2012年以来，已经进行了采用气体电子倍增器（GEM）和微网气体探测器（Micromegas）技术的广泛探测器研发，以及推进空间电荷畸变校正技术的模拟研究。在本文中，预期的探测器性能和状态的R\&D计划，以实现这一雄心勃勃的目标。
2014-08-15 hep-ex nucl-ex 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 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
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
Improvements of the ALICE GPU TPC tracking and GPU framework for online and offline processing of Run 3 Pb-Pb data
CERN（欧洲核子研究中心）
ALICE通过改进GPU框架和跟踪代码，优化TPC跟踪算法，提升Run 3 Pb-Pb数据的在线和离线处理效率。
2026-01-28 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
Fast TPC Online Tracking on GPUs and Asynchronous Data Processing in the ALICE HLT to facilitate Online Calibration
ALICE（大型重离子实验）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四个主要实验之一，LHC是当今世界上最强大的粒子加速器。高级触发器（HLT）是一个大约200个节点的在线计算场，它实时重建ALICE探测器测量的事件。HLT使用自定义的在线数据传输框架在计算节点之间分发数据和工作负载。ALICE采用几个校准敏感子探测器，例如TPC（时间投影室）。为了精确重建，HLT必须在线执行校准。在线校准可以使某些离线校准步骤过时，从而可以加快离线分析。展望2020年开始的ALICE Run III，在线校准成为必要。用于轨道重建的主要检测器是TPC。重建TPC中的轨迹是事件重建过程中计算量最大的步骤。因此，快速跟踪实现是非常重要的。重建的TPC轨道为校准奠定了基础，使快速在线跟踪成为强制性的。我们提出了几个组件开发的ALICE高电平触发器执行快速事件重建，并提供在线校准所需的功能。第一个课题是提出一种基于元胞自动机和卡尔曼滤波器的TPC跟踪器，它采用GPU来加速处理。我们的TPC跟踪算法已在2011年和2012年成功用于铅-铅和质子-铅运行。我们对它进行了改进，以利用新GPU的功能，并将其移植到支持OpenCL，CUDA和CPU的单一通用源代码中。这使我们独立于供应商。作为第二个主题，我们提出了在线校准所需的框架扩展。...
2017-12-26 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
ROPPERI - A TPC readout with GEMs, pads and Timepix
提出了时间投影室混合读出的概念。它结合了基于GEM的放大和基于焊盘的阳极平面与像素芯片作为读出电子器件。通过这种方式，实现了能够从初级电离中识别电子团簇的高粒度以及灵活性和大阳极覆盖范围。这种高粒度的好处，特别是dE/dx测量，概述和基于模拟的性能研究的结果。第一个原型板的结构进行了讨论，包括适应的基础上，一个非常初步的第一次测量的第二次生产的原理证明。
2018-01-19 hep-ex 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
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
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
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
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
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
Space-point calibration of the ALICE TPC with track residuals
在即将到来的LHC运行3中，从2021年开始，ALICE实验的升级后的时间投影室（TPC）将以连续读出模式记录最小偏差Pb-Pb碰撞，相互作用速率高达50 kHz。这对应于在检测器中的电子漂移时间期间典型地4-5次重叠碰撞。尽管对新的基于四重GEM的读出室进行了仔细的调整，以满足低于1%的离子回流的设计要求，但这些条件将导致几厘米的空间电荷失真，并随时间波动。它们将通过校准程序进行校正，该校准程序分别使用位于TPC内部的内部跟踪系统（ITS）以及位于TPC周围的跃迁辐射探测器（TRD）和飞行时间系统（TOF）的信息。通过使用这样的过程，可以恢复几百微米的TPC的固有磁道分辨率。提出了基于卡尔曼滤波器的TRD在线跟踪算法。该过程利用GPU将外推的ITS-TPC轨迹与TRD空间点相匹配。随后，忽略TPC信息来重新拟合这些全局轨迹。TPC簇的残差到改装轨道的内插被用于创建空间电荷失真的映射。地图的定期更新补偿TPC条件的变化。在数据的最终重建中应用该映射。将显示跟踪算法的第一性能结果。
2020-03-06 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
Measurement of single event upsets in the ALICE-TPC front-end electronics
欧洲核子研究中心大型强子对撞机ALICE实验的时间投影室具有高度集成的探测器读出电子设备。它遵循高能物理实验的一般趋势，将前端电子设备尽可能靠近探测器-距离其有效体积只有10厘米左右。由于靠近光束和相互作用区域，电子设备受到适度的辐射负载，这使得我们能够使用商业现成的组件。然而，它们需要被仔细地选择和鉴定为辐射硬度，并且必须采取措施来保护它们的功能免受软错误，即单粒子扰乱。在这里，我们报告的第一次测量大型强子对撞机感应辐射的影响ALICE前端电子和他们如何证明的期望。
2011-10-14 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
GPU-based Online Track Reconstruction for the ALICE TPC in Run 3 with Continuous Read-Out
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率，以50 kHz连续读出最小偏置Pb-Pb碰撞。在线-离线计算升级的重建策略预见了在数据获取期间的第一同步在线重建阶段，使得能够进行检测器校准和数据压缩，以及后校准的异步重建阶段。出现了许多新的挑战，其中包括连续TPC读出，更多的重叠碰撞，没有先验知识的主要顶点和位置相关的校准在同步阶段，识别低动量循环轨道，和复杂的原始数据压缩。时间投影室（TPC）的跟踪算法将基于元胞自动机和卡尔曼滤波器。重建应在线运行，每秒处理比目前多50倍的碰撞，同时产生与当前离线重建相当的结果。我们的TPC跟踪查找通过OpenCL和CUDA API在两个重建阶段的CPU和GPU共享源代码中利用硬件加速器的潜力。我们概述了Run 3跟踪的状态，包括处理器和GPU的性能以及实现的压缩比。
2019-05-14 physics.ins-det
Track Reconstruction in the ALICE TPC using GPUs for LHC Run 3
在LHC运行3中，ALICE将显著提高数据采集速率，以连续读出50 kHz最小偏置Pb-Pb碰撞。在线离线计算升级的重建策略预见了在数据获取期间的第一同步在线重建阶段，使得能够进行检测器校准，以及后校准的异步重建阶段。针对ALICE的主要跟踪检测器--时间投影室，提出了一种跟踪算法.重建必须产生与当前离线重建相当的结果，并满足当前高级触发器（HLT）中的时间限制，每秒处理的冲突数量是当前的50倍。它是从目前的在线跟踪HLT，这是基于一个元胞自动机和卡尔曼滤波器，我们整合了离线跟踪的丢失功能，以提高分辨率。连续的TPC读出和重叠碰撞提出了新的挑战：转换到空间坐标和应用时间和位置相关的校准必须发生在轨道播种和轨道拟合之间，而TPC占用率增加了五倍。巨大的数据量需要20的数据缩减因子，这带来了额外的要求：必须扩展动量范围以识别低PT循环轨迹，并且在未校准坐标中进行特殊改装以改进轨迹模型熵编码。我们的TPC跟踪查找通过OpenCL和CUDA API在CPU、GPU和两个重建阶段的共享源代码中利用硬件加速器的潜力。移植更多的重建步骤，如TPC重建的剩余部分和其他检测器的跟踪，将使计算平衡从传统处理器转移到GPU。
2018-11-28 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
Online Calibration of the TPC Drift Time in the ALICE High Level Trigger
大型离子对撞机实验（英语：Large Ion Collider Experiment）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四个主要实验之一。高级触发器（HLT）是一个计算集群，它实时重建ALICE检测器记录的冲突。它采用自定义的在线数据传输框架在计算节点之间分配数据和工作负载。ALICE采用对诸如压力和温度的环境条件敏感的子检测器，例如时间投影室（TPC）。粒子轨迹的精确重建需要这些探测器的校准。在HLT中实时执行校准改进了在线重建，并使某些离线校准步骤过时，从而加速了离线物理分析。对于LHC Run 3，从2020年开始，数据简化将依赖于重建数据，在线校准成为必要。重建的粒子轨迹建立了校准的基础，使快速在线跟踪成为强制性的。用于此目的的主要探测器是TPC和ITS（内部跟踪系统）。在TPC中重建轨迹是计算最密集的步骤。我们提出了几个改进的ALICE高电平触发器，以方便在线校准。在线校准的主要新开发是一个包装器，可以在HLT内运行ALICE离线分析和校准任务。除此之外，我们还添加了异步处理功能，以支持HLT框架中长时间运行的校准任务，否则将以事件同步方式运行。为了提高弹性，隔离进程执行异步操作，使得即使是致命错误也不会干扰数据获取。我们用ZeroMQ数据传输组件补充了原始的无循环HLT链。[...]
2017-12-26 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
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
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
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
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
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
Reconstruction in ALICE and calibration of TPC space-charge distortions in Run 3
ALICE实验将在LHC运行3期间以高达50 kHz的Pb-Pb碰撞相互作用速率连续读出。为了实现这一目标，开发了一种新的数据处理方案和软件。该方案强烈依赖于GPU（图形处理单元）的快速在线和离线校准和重建，以及有效的数据压缩。在硬件方面，时间投影室（TPC）以及其他探测器系统对其读出室和读出电子设备进行了重大升级。多丝正比室被四个气体电子倍增器箔的堆叠所取代，以允许连续读出，同时保持离子回流低于1%，最大限度地减少放大离子进入漂移体积的空间电荷效应。然而，由于空间电荷的显着的空间点扭曲预计在最高的相互作用率在铅铅碰撞。此外，空间电荷密度波动导致失真波动，必须在10 ms的时间尺度上进行校正，以保持TPC的固有跟踪分辨率。虽然可以使用来自外部检测器的信息作为参考来校正平均空间电荷失真，但可以预见数据驱动的机器学习算法和卷积神经网络可以提供对失真波动的校正。
2021-10-15 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
Status of the R&D activities for the upgrade of the ALICE TPC
在长周期2之后，LHC将提供高达50 kz的相互作用速率的铅-铅碰撞。为了应对这种情况，需要对ALICE时间投影室（TPC）进行升级。升级后，TPC将以连续模式运行，与当前TPC的性能相比，动量和dE/dx分辨率没有任何下降。由于通过多丝正比室的读出在这些要求下不再可行，因此必须采用新技术。在新的读出室中，电子放大由四个气体电子倍增器（GEM）箔的堆叠提供。它们的高电压设置和取向已经过优化，在55 Fe的峰值处提供优于12%的能量分辨率。在相同的设置下，进入漂移体积的离子回流小于气体放大和初级电离过程中产生的有效离子数的1%。这对于防止空间电荷的积累是必要的，空间电荷的积累最终将使漂移体积中的场失真。为了确保LHC运行3期间在高负载下的稳定运行，腔室也必须对放电具有鲁棒性。与选定的配置在一个四GEM堆栈的放电概率保持在$10^{-12}$放电每传入强子的水平。ALICE TPC升级活动的概述将在这些程序中给出，并介绍了未来读出室GEM堆栈的优化设置。此外，还显示了2014年底在SPS和PS（在CERN）进行的两次射束时间活动的结果。在该活动中，对全尺寸读出室原型的放电稳定性和dE/dx性能进行了测试。此外，它是报告的充电研究的4GEM堆栈和测试的电磁下垂的大型GEM箔。
2016-02-09 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
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
ALICE HLT TPC Tracking of Pb-Pb Events on GPUs
CERN ALICE实验的在线事件重建需要处理能力，以超过200 Hz的速率处理中心Pb-Pb碰撞，对应于约25 GB/s的输入数据速率。在时间投影室（TPC）中重建粒子轨迹是计算最密集的步骤。TPC在线跟踪器的实现结合了元胞自动机和卡尔曼滤波器的原理。图形卡（GPU）的使用加速了这一过程。流水线处理允许并行地在GPU上执行跟踪、在CPU上执行数据传输和预处理。为了使CPU的预处理和后处理与GPU保持同步，流水线使用多个线程。在多个阶段中的跟踪的分裂搜索短的局部轨道段，首先提高数据的局部性，使算法适合于在GPU上运行。由于特殊的优化，这一行动方针并不次于全局方法。由于非关联浮点运算，GPU和CPU跟踪器的二进制比较是不可行的。一个轨道的轨道和集群的集群比较显示了99.999%的一致性。在目前的硬件条件下，GPU跟踪器的性能比CPU版本高出约三倍，使处理器仍可用于其他任务。
2017-12-26 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
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
ALICE : online-offline processing for Run 3
ALICE将使运行3的数据采集速率显著提高到50 kHz，连续读出最小偏置Pb-Pb碰撞。可预见的重建策略包括2个阶段：在数据采集期间的第一同步在线重建阶段，使探测器校准，以及后校准异步重建阶段。主要挑战包括每秒处理和压缩比运行2中多50倍的事件，复杂的压缩和去除不用于物理的TPC数据，跟踪连续读出的TPC数据，TPC空间电荷失真校准，以及与运行2相比，通常在线运行更多的重建步骤。ALICE将利用GPU来促进与可用资源的同步处理。为了实现计算农场的最佳利用率，我们计划将异步重建的几个步骤也卸载到GPU。本文概述了同步和异步重建过程中的重要处理步骤以及所需的计算能力。
2021-02-17 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
