Ion Irradiation of GridPix Detector at Bonn Isochronous Cyclotron
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn（波恩莱茵弗里德里希·威廉大学）；Insituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（天体物理学与行星科学研究所）
该研究在波恩等时回旋加速器对GridPix探测器开展离子辐照测试，采用两种束流模式，发现累积离子速率超预期限值但芯片性能未显著恶化，为EXPO探测器的可靠性提供了支撑。
2026-08-24 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Commissioning of a hybrid readout TPC test set-up and gas gain simulations
混合读出时间投影室（TPC）具有同时的光学和电荷读出。光学读出提供有效体积中的颗粒轨迹的2D图像，而电荷读出提供关于垂直于图像平面的颗粒位置的附加信息。高压下的混合读出TPC是一种很有吸引力的装置，特别适用于需要高空间点分辨率和高靶密度的物理场合，如在长基线中微子振荡实验中测量中微子束。在本文中，我们提出了两个不同的工作路线的目标，发展混合TPC技术：a）调试的设置与气体电子倍增器采用光学和电荷读出。b）基于Garfield++模拟的多丝正比室的气体增益的分析参数化，当用测量验证时，其允许在将来完全跳过这些模拟。
2022-01-07 hep-ex physics.ins-det
Performance of cryogenic charge readout electronics with the ARGONTUBE LAr TPC
Argontube是一种液态氩时间投影室（TPC），电子漂移长度可达5米，配备有低温电荷敏感前置放大器。在这项工作中，我们提出了其性能的结果，包括新的低温电荷敏感前置放大器与以前使用的室温操作的电荷前置放大器的比较。
2014-10-30 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
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
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
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
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
The Pixel-TPC: first results from an 8-InGrid module
八芯片InGrid模块已被测试为原型时间投影室的读出。模块的建设以及第一个初步的结果。InGrids是一种类似Micromegas的放大结构，具有像素ASIC，已在晶圆级上在光刻工艺中生产。对于测量，使用了基于可扩展读出系统的新开发的读出系统。
2013-12-11 hep-ex physics.ins-det
Electroluminescence collection cell as a readout for a high energy resolution Xenon gas TPC
AXEL是一种高压氙气TPC探测器，用于无中微子双β衰变研究。我们使用比例闪烁模式与一个新的电致发光光探测系统，以实现高能量分辨率的大型探测器。该检测器还具有跟踪能力，这使得显着的背景抑制。为了展示我们的检测技术，我们构建了一个10 L的原型检测器，充满了高达10 bar的氙气。在122 keV处，原型探测器获得的能量分辨率为4.0 $\pm$ 0.30 $\%$，外推到$^{136}$的$0νββ$衰变Q值时，对应于0.9 ~ 2.0%.
2017-11-24 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
Lifetime Study of COTS ADC for SBND LAr TPC Readout Electronics
短基线近场探测器（SBND）是短基线中微子（SBN）计划中的一个260吨级的LAr TPC近场探测器，由11，264个TPC读出通道组成。作为中微子实验中惰性液体探测器的一种使能技术，为极低温度（77 K-89 K）开发的冷电子学将电极和低温恒温器设计与读出设计相结合。在前端电子器件与检测器电极集成的情况下，噪声与基准体积无关，并且大约是室温下电子器件的一半。低温恒温器内部高速串行链路的数字化和信号多路复用导致电缆数量（更少的放气）和馈电线数量的大幅减少，因此最小化穿透并简化低温恒温器设计。作为TPC读出的一种选择，经过初步筛选测试，几种商用现成（COTS）ADC芯片已被确定为在低温下工作的良好候选芯片。由于热载流子效应（HCE）降低了CMOS器件的寿命，因此研究了采用TSMC 350nm CMOS工艺制造的候选器件AD7274在低温下的寿命。寿命研究包括两个阶段，探索阶段和验证阶段。本文描述了试验方法、试验设置、探索阶段和验证阶段的观察结果。根据当前的测试数据，在2.5 V电压和低温下工作时，AD 7274的初步寿命预计约为6.1 $\times$ $10^6$年，这意味着在SBND使用寿命期间，HCE退化可忽略不计。
2018-06-24 hep-ex 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
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
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
First operation and performance of a 200 lt double phase LAr LEM-TPC with a 40x76 cm^2 readout
本文介绍了第一台大面积双相液氩大电子倍增器时间投影室（LAr LEM-TPC）的设计、结构和运行情况。探测器的最大漂移长度为60 cm，读出器由$40\times 76$ cm $^2$ LEM和2D投影阳极组成，用于倍增和收集漂移电荷。闪烁光是由位于阴极下方的低温光电倍增管检测。为了记录电荷和光信号，我们开发了一种紧凑的采集系统，该系统可扩展到具有数千个电荷读出通道的吨级探测器。采集系统，以及定制的电荷敏感前置放大器的设计和性能，进行了说明。完整的实验装置已在欧洲核子研究中心的ArDM实验，这是配备了液体和气体氩净化系统的低温恒温器在为期四周的第一次操作。该探测器暴露在宇宙射线中，记录了单通道信噪比超过30的最小电离粒子事件。利用宇宙μ子径迹及其$δ$ -射线对探测器的性能进行了评估，并估算了不同放大场下的液氩纯度和增益。
2013-01-21 hep-ex physics.ins-det
Performance of 20:1 multiplexer for large area charge readouts in directional dark matter TPC detectors
在当前基于TPC的定向暗物质探测器中需要更多的目标质量以提高探测器灵敏度。这可以通过放大检测器体积来实现，但这导致需要更多的模拟信号通道。降低电荷读出电子器件的总成本的可能解决方案是多路复用信号读出通道。在这里，我们提出了一个多路复用器系统在扩展模式的基础上，LMH6574芯片由德州仪器，最初设计用于视频处理。该设置具有将这种TPC检测器中的读出数量减少20倍的能力。结果表明，重要的电荷分布沿电离轨道的不对称性保留后，多路信号解复用。
2018-03-12 astro-ph.IM hep-ex physics.app-ph
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
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
First Demonstration of the Use of LG-SiPMs for Optical Readout of a TPC
介绍了一种基于线性渐变硅光电倍增器（LG-SiPM）的时间投影室（TPC）光学读出的新方法。这是一个单光子敏感探测器，具有出色的定时和2D位置分辨率，由Fondazione Bruno Kessler，Trento（FBK）开发。LG-SiPM产生时变电压信号，用于重建TPC内部产生的电离轨迹的3D位置和能量。在这项工作中使用的TPC包含在100毫巴的压力下的室温CF $_4$气体，具有两个THGEM以产生二次闪烁光。准直的$^{241}$ Am源（Q $_α$ = 5.486 MeV）用于产生电离径迹。这些轨道的成功重建被证明，并通过不同的TPC内的轨道的几何特征的方法的一致性。能量重建和沉积的研究也进行了描述，证明了LG-SiPM作为一个潜在的选择光学TPC读出的可行性。
2020-12-14 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
LTARS: Analog Readout Front-end ASIC for Versatile TPC-applications
我们设计了一个多功能的模拟前端芯片，称为LTARS，TPC的应用，主要针对双相液体Ar-TPC的中微子实验和负离子$μ$ -TPC定向暗物质搜索。低噪声性能和宽动态范围是读出TPC读出通道上感应的信号的两个要求。开发目标之一是建立在低温操作下的模拟处理电路，这些电路以功能块为基础设计为可重复使用的IP（知识产权）。该ASIC采用Silterra 180 nm CMOS工艺实现，具有16个读出通道。在室温下进行了性能测试，结果表明，当探测器电容为300 pF时，等效噪声电荷为2695 $\pm$ 71 e $^-$（rms），室温下在10%积分非线性范围内，低增益模式下动态范围为20--100 fC，高增益模式下动态范围为200--1600 fC。我们还测试了在液体Ar温度下的性能，并发现随着更长的整形时间的噪声水平的恶化。基于这些结果，我们还讨论了一个独特的模拟方法，为未来的冷电子发展。该方法适用于低温电子器件的设计。
2020-08-18 astro-ph.IM hep-ex 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
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
GAMPix: a novel fine-grained, low-noise and ultra-low power pixelated charge readout for TPCs
本研究开发了用于GammaTPC伽马射线仪器的新型GAMPix像素电荷读出系统，通过粗细尺度结合的电极架构解决扩散电荷损失与高功耗问题，实现细粒度低噪声超低功耗读出，还可应用于未来DUNE模块。
2024-01-31 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
First demonstration of 3D optical readout of a TPC using a single photon sensitive Timepix3 based camera
ARIADNE项目正在为两相液态氩时间投影室（LArTPC）开发创新的光学读出技术。光学读出提出了一个令人兴奋的替代目前的范式的电荷读出。光学读出是简单的、可扩展的和成本有效的。本文首次演示了TPC的三维光学读出，使用CF 4气体作为原理的证明。宇宙射线和镅-241 α源都在100毫巴的CF 4中成像。将基于Timepix 3（TPX 3）的相机与像增强器相结合，研制了一种单光子敏感相机。当TPX 3的一个像素被命中时，产生一个包含关于命中的所有信息的数据包。该数据包包含像素的x、y坐标、到达时间（ToA）和阈值时间（ToT）信息。TPC中命中的z位置通过组合漂移速度与ToA信息来确定。通过将像素x、y位置与该计算的z位置组合来执行3D事件重建。量热法是使用超过阈值的时间来进行的，这是对撞击强度的测量。
2019-05-25 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
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
Study in a beam test of the resolution of a Micromegas TPC with standard readout pads
2005年6月在KEK PS进行的梁测试的结果。氩-异丁烷混合物的漂移特性已被精确测量，并与预测在0和1特斯拉之间的磁场。均方根点分辨率的一个padrow进行了比较，模拟和分析计算。由于检测器的几何形状和气体性质的基本限制进行审查和检测器的测量性能被发现接近这一限制。线性碰撞TPC的情况下的数值应用。
2007-05-15 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
Front-end-Electronics for the SiPM-readout gaseous TPC for neutrinoless double beta decay search
我们研制了一种专用于无中微子双β衰变研究的高压氙气时间投影室的前端电路板。通过用SiPM检测电致发光光子来读出电离信号。该板通过直流耦合从56 μ SiPM读出信号，并以5 MS/s的速度记录波形，动态范围高达7，000光子/200 ns。SiPM偏置电压由电路板提供，可针对每个SiPM进行调整。为了校准和监控SiPM增益，额外的辅助ADC测量1光子等效暗电流。所获得的性能满足无中微子双β衰变搜索的要求。
2020-01-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Simulation of the CYGNO Gaseous TPC Optical Readout
University of Coimbra（科英布拉大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Laboratori Nazionali del Gran Sasso（格兰萨索国家实验室）；Laboratori Nazionali di Frascati（弗拉斯卡蒂国家实验室）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本文提出了一种针对CYGNO气态TPC光学读出的模拟方法，通过与LIME原型实验数据对比，验证了模拟性能，以评估该技术的物理探测能力。
2026-05-10 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
Operation of a LAr-TPC equipped with a multilayer LEM charge readout
一种新的检测器的电离信号在单相LAr-TPC，采用多层大电子倍增器（LEM）取代传统的阳极线阵列的基础上，已在ICARINO测试设施在INFN实验室在Legnaro进行了实验。宇宙μ介子轨道被检测到，允许测量能量沉积和第一次确定的信噪比。对记录事件的分析证明了该装置在液态氩中的电离事件的3D重建能力，收集了约90%的电离信号的一部分，其信噪比类似于用更传统的线室测量的信噪比
2017-11-18 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
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
Ion detector for Accelerator Mass Spectrometry based on low-pressure TPC with THGEM readout
提出了一种利用低压TPC测量离子径迹距离的加速器质谱（AMS）离子鉴别新技术。作为原理的证明，开发了使用THGEM倍增器的具有电荷读出的低压TPC。TPC成功地记录了来自各种放射源的α粒子的轨迹。跟踪范围的测量具有很高的精度，达到2%的分辨率水平。利用这些结果和SRIM程序的模拟，结果表明，同量异位的硼和铍离子可以有效地分离在十西格玛水平。预计这一技术将在新西伯利亚AMS设施中应用于地质物体的定年，特别是新生代的地质年代学。
2019-09-30 nucl-ex 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
CYGNO: a gaseous TPC with optical readout for dark matter directional search
CYGNO项目的目标是使用具有光学读出的气态TPC来探测低能量阈值和方向性的暗物质和太阳中微子。CYGNO演示器将由1立方米的体积组成，在大气压下填充He：CF 4气体混合物。光学读出与高粒度CMOS传感器，结合快速光探测器，将提供一个详细的重建的事件拓扑结构。这将允许区分核反冲信号与背景，主要由放射性诱导的低能电子反冲表示。由于高重建效率，CYGNO将对低质量暗物质敏感，并有可能克服中微子底，这最终限制了非定向暗物质的搜索。
2020-07-24 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
A Gaseous Time Projection Chamber with Micromegas Readout for Low Radioactive Material Screening
低放射性物质筛选对于稀有事件搜索实验，如无中微子双β衰变和地下实验室中的暗物质搜索，正变得至关重要。气体时间投影室（TPC）可以用于具有大的有效面积和高效率的这种目的。成功地构建了一个具有约20 $\times$ 20 cm $^2$的Micromegas读出平面的气体TPC，用于表面α污染测量。我们的特点是能量分辨率，增益稳定性和跟踪能力与校准源。利用气态TPC的独特径迹相关背景抑制削减，我们已经确定TPC的α背景率为0.13 $\pm$ 0.03 $μ$ Bq/cm $^2$，与领先的商业解决方案相当。
2022-08-05 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
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
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
Recent advances with a hybrid micro-pattern gas detector operated in low pressure H2 and He, for AT-TPC applications
针对有源靶时间投影室（AT-TPC）中电荷粒子径迹读出的可能应用，研究了混合微图案气体探测器（MPGD）在纯低压氢气（H2）和氦气（He）中的工作特性和性能。该探测器由一个MICROMesh气体结构（MICROMEGAS）耦合到一个单或多级联厚气体电子倍增器（THGEM）作为前置放大级。本研究报告的有效增益依赖的混合MPGD在相关的压力（在200-760欧姆的范围内）为不同的检测器安排。本文的研究结果对低压低质量惰性气体雪崩机制的研究具有重要意义，特别是对核物理和核天体物理中主动靶时间投影室（TPC）MPGD端盖读出的应用具有重要意义。
2015-12-22 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
Simulating the Charge Dispersion Phenomena in Micro Pattern Gas Detectors with a Resistive Anode
国际直线对撞机（ILC）的TPC将需要测量大约200个轨道点，横向分辨率接近100微米。分辨率的目标是超越传统的比例线/阴极垫TPC和微图案气体检测器（MPGD）的能力正在开发，以满足这一挑战。然而，标准MPGD读出技术将难以实现如最初设想的具有2 mm X 6 mm焊盘的ILC-TPC分辨率目标。对较小宽度焊盘的提议将提高分辨率，但将需要更大数量的读出通道并增加TPC检测器的成本和复杂性。电荷分散的新MPGD读出概念具有在不诉诸较窄焊盘的情况下实现ILC-TPC分辨率目标的潜力。这是最近在宇宙射线测试的一个小型原型TPC读出MPGD使用电荷分散技术证明。在这里，我们描述的电荷分散现象的MPGD-TPC的模拟。详细的模拟包括初始电离团簇、电子漂移、扩散效应、本征探测器脉冲形状和电子学效应。模拟结果与实验数据吻合良好，可用于优化TPC的MPGD电荷色散读出。
2006-05-15 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
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
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
Gas contamination and mitigation in a 100 m$^3$ / 10 bar argon TPC with optical readout: a viability study
该研究评估了100 m$^3$/10 bar氩气TPC中气体污染的影响，提出使用穿孔分配器与新鲜气体注入策略，可在填充后一周内控制杂质，验证了ND-GAr光学读出的可行性。
2025-03-31 physics.ins-det
The CYGNO experiment: a gaseous TPC with optical readout for rare events searches
University of Coimbra（科英布拉大学）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Laboratori Nazionali del Gran Sasso（格兰萨索国家实验室）；Laboratori Nazionali di Frascati（弗拉斯卡蒂国家实验室）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
CYGNO实验利用气体时间投影室和光学读出技术，探索轻量WIMPs粒子，通过三维重建和能量沉积映射提高稀有事件识别能力。
2026-03-23 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
Compact VMM3a/SRS integration for high-channel-density TPC readout
FAIR Facility for Antiproton and Ion Research in Europe GmbH（欧洲反质子与离子研究设施有限公司）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文实现了基于VMM3a ASIC的可扩展读出系统（SRS）用于HYDRA时间投影室，通过定制适配板、电源分配和与R$^3$B数据采集系统同步，验证了其在高计数率下的可靠定时性能和兼容性。
2026-09-09 physics.ins-det
