M. Berger, M. Ball, L. Fabbietti, B. Ketzer, R. Arora, R. Beck, F. Böhmer, J. -C. Chen, F. Cusanno, S. Dørheim, J. Hehner, N. Herrmann, C. Höppner, D. Kaiser, M… 展开作者
M. Berger, M. Ball, L. Fabbietti, B. Ketzer, R. Arora, R. Beck, F. Böhmer, J. -C. Chen, F. Cusanno, S. Dørheim, J. Hehner, N. Herrmann, C. Höppner, D. Kaiser, M. Kis, V. Kleipa, I. Konorov, J. Kunkel, N. Kurz, Y. Leifels, P. Müllner, R. Münzer, S. Neubert, J. Rauch, C. J. Schmidt, R. Schmitz, D. Soyk, M. Vandenbroucke, B. Voss, D. Walther, J. Zmeskal
A Time Projection Chamber (TPC) is an ideal device for the detection of charged particle tracks in a large volume covering a solid angle of almost $4π$. The high density of hits on a given particle track facilitates the task of pattern recognition in a high-occupancy environment and in addition provides particle identification by measuring the specific energy loss for each track. For these reasons, TPCs with Multiwire Proportional Chamber (MWPC) amplification have been and are widely used in experiments recording heavy-ion collisions. A significant drawback, however, is the large dead time of the order of 1 ms per event generated by the use of a gating grid, which is mandatory to prevent ions created in the amplification region from drifting back into the drift volume, where they would severely distort the drift path of subsequent tracks. For experiments with higher event rates this concept of a conventional TPC operating with a triggered gating grid can therefore not be applied without a significant loss of data. A continuous readout of the signals is the more appropriate way of operation. This, however, constitutes a change of paradigm with considerable challenges to be met concerning the amplification region, the design and bandwidth of the readout electronics, and the data handling. A mandatory prerequisite for such an operation is a sufficiently good suppression of the ion backflow from the avalanche region, which otherwise limits the tracking and particle identification capabilities of such a detector. Gas Electron Multipliers (GEM) are a promising candidate to combine excellent spatial resolution with an intrinsic suppression of ions. In this paper we describe the design, construction and the commissioning of a large TPC with GEM amplification and without gating grid (GEM-TPC).
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。
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。
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。
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。
Performance of the micro-TPC Reconstruction for GEM Detectors at High Rate
气体探测器是基础物理研究的支柱之一。多年来，一种新的探测器概念，微模式气体探测器，可以克服其他类型的常用探测器的许多问题，如漂移室和微带，降低放电率和增加辐射耐受性。其中，最常用的是气体电子倍增器。通常作为快速定时探测器和触发器部署，由于其快速响应，高速率能力和高辐射硬度，它们也可以用作跟踪器。重心读出技术允许克服数字垫的限制，其空间分辨率受到间距大小的约束。高外部磁场的存在会使电子云变形并影响空间分辨率。微TPC重建方法允许如在传统的时间投影室中重建三维粒子位置，但是在几毫米的漂移间隙内。该方法为探测器在强磁场中的空间分辨率问题提供了一个新的视角。在本报告中，将展示这种新技术的基础，并将其与传统的重心进行比较。还将介绍在磁场中使用10 x 10 cm 2平面原型进行的一系列测试束的结果。这是该技术在磁场中用于GEM探测器的首批实现之一，并允许气体探测器达到前所未有的性能，在1 T下达到120微米的极限，这是强磁场中MPGD的世界最佳结果之一。微型TPC重建最近已经在MAMI设施的测试梁中以非常高的速率进行了测试;测试的初步结果将被提交。
Modeling the light response of an optically readout GEM based TPC for the CYGNO experiment
LIBPhys, Department of Physics, University of Coimbra（科英布拉大学物理系LIBPhys）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma TRE（罗马第三国立核物理研究所）；Dipartimento di Matematica e Fisica, Università Roma TRE（罗马第三大学数学与物理系）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati（国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）；ENEA Centro Ricerche Frascati（意大利国家新能署弗拉斯卡蒂研究中心）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma（罗马国立核物理研究所）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学物理系）
