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阻性板计数器的研究与发展 王孝良王岚王君张家铨陈元柏杨艺杨春生杨贵安陆伟达 欧阳群郭军克姜婴源徐雨林谢一冈韩红光童国梁穆礼光 (中国科学院高能物理研究所) 摘要 ffttt扳计数嚣(RPC)架中了丝室的高空间分辨和闪烁计数器快时间 响成的i)亡点，并且造价底，信号幅悭大，从而成为当前高能物理实验探测 器研究中最受关往的热点之一．本文综述了RPC必威体育精装版的技术发展极其在高 能物理实验中的心矸j，介绍了我阳对这种新型探测器的研究状况和进一步 跟踪世界发腱水1卜研究快响心岛计数率RPC的计划． 一．引言 阻性板i寸馓器”1(简称RPC)是一种平行板气体探测器，它兼备优良的空间分辨以及 可与闪烁计数器相比的优良时间分辨的优点，并且结构简单(无丝)，易于大面积制作，且造 价较低。这些特点使它自八十年代问世以来，Rpc技术一真倍受重视．目前，RPC已在 泛采用。根据这些新实验的要求，RPC探测技术也获得了新的发展．近年来，中科院高能 物理所的科技人员一直跟踪这种掭测技术，同时在这方面的研究中做了许多探索性的：[ 作． 二 RPC的工作原理和一般’眭能 儿毫米的气体间隙隔开，整个结掏处于气密状态．阻性材科的外表面涂以导电的石墨屡以 形成高压和¨也电极，通过放覆侄外面的感应铝条进行信号读出，铝条与石墨层之间用绝缘 膜隔歼． 目2表示了诒：R1’C中电荷形成简单模型的草图：Ⅱj入射带电粒子产生的FIo电子团开始 雪崩增值，电子电荷Q。在间隙d中发展，产生雪崩和流光过程，由此在拾取电极上感应出 “快屯荷”q。，这就是RPC的有垌信号． ’o s’区强露墨窿靠至墨鼙霹鳓；．矗≤…飞 a。。伴 j ￡!：薯_=芏蓖j正￡j 图1．RPC结掏示哲圈 图2．RPC中电荷形成的模型 传统的RPC】：作气体为60％的氲气和40％的异丁烷(或正丁烷)，以及少量的觚罩 昂。Rf’C]：作侄有限流j匕模式，伍8 KV高压时达到97％以上的探测效率，上升订寸问和脉宽 脉冲，这样幅度的脉；ri，就不f¨进一步放火．信号在几米长的感应条上不发牛明显的褒减。 120— 三．RPC性能研究的新进展 通常RPC都运行在流光模式，即在带电粒子穿过处产生局部的有限流光放电．但是， 已不能满足LHC上实验耐计数率能力的要求(～1KHz／era。)． 一种可行的改进是将RPC工作在雪崩模式”’，由此气体中产生电荷的减少可使RPC 的计数率能力提高～个数量级以上．在雪崩模式状态下，RPC感应电荷约0．1—2pc，为 流光模式感应电荷量的百分之一．研究表明”】，对于这种低增益下运行的RPC，单次雪崩 条件下平均快电荷q。可以用下式表示： I,I 1,d ] (】) (口。)=兰(统(c『))=qelno三÷P删 11q r／ar／+^ 式中q“是电子电荷，no是产生雪崩的原始电子柬团的平均大小；^是在混合气体中的柬团 密霞(也即被带电贯穿粒子在单位长度上产生的原初柬团数目)；cf是电极的相对介电常 物质参数的常数．上式表明，电设材料和工作气体的选择对信号大小具有关键作用． 列于雪崩模式RPC性能的研究，主要集中在以下几个方面： 1．电极成份和表面处理 数率本领．此外，P变大则加征气体上的“有效电压”降低，运就降低了气体放大系数． x 这两方面都要求让p取适当的低值(约l