一种用做数字强子量能器的薄型GEM探测器及其组装方法技术

本公开提供了一种用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，包括：支撑板；外框，固定于所述支撑板上，读出板，固定于所述外框上，所述支撑板、外框和读出板组成一个气密腔体；漂移区膜，铺设在所述支撑板上；第一GEM薄膜和第二GEM薄膜，层叠设置于所述气密腔体内；绷膜组件，固定于所述气密腔体内，连接所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜的周边，将所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜沿平行于所述支撑板的方向绷紧。

A Thin GEM Detector for Digital Hadron Calorimeter and Its Assembly Method

The present disclosure provides a thin GEM detector used as a digital Hadron calorimeter, including a support plate; an outer frame, fixed on the support plate, a readout plate and fixed on the outer frame. The support plate, an outer frame and a readout plate form an air-tight cavity body; a drift zone film is laid on the support plate; a first GEM film and a second GEM film are stacked on the air-tight cavity. In vivo, the bandage assembly is fixed in the airtight chamber, connected with the periphery of the first GEM film and the second GEM film, and tightens the first GEM film and the second GEM film in a direction parallel to the support plate.

【技术实现步骤摘要】
一种用做数字强子量能器的薄型GEM探测器及其组装方法
本公开涉及数字强子量能器领域，尤其涉及一种薄型GEM探测器及其组装方法。
技术介绍
对撞机实验长期以来是我们探索微观世界最有效的手段，是开展粒子物理研究极为重要的途径。回顾历史，粒子物理的发展和突破与对撞机实验技术的不断进步和变革紧密关联，作为二十世纪物理学最重大成就之一的粒子物理标准模型，就是建立在大量对撞机实验结果的基础之上。粒子物理在这一新时代下的使命是寻找超出标准模型的新物理，回答和解决困扰我们的一系列基本问题，包括：希格斯粒子的属性和本质、等级差和自然性问题、中微子质量和类型、正反物质不对称的起源、暗物质和暗能量的本质、引力与其他相互作用如何统一等等。作为粒子物理发展的强大驱动器，对撞机实验在新时代的粒子物理探索中将继续承担重要角色，发挥关键作用。与粒子物理发展趋势相顺应，对撞机实验呈现出了在高能量和高亮度两个前沿方向上深入推进的态势，目标是在更高能区直接发现新物理现象，或通过电弱精确测量间接寻找新物理的迹象，进而实现粒子物理的新突破。随着对撞机在高能量和高亮度方向上不断推进，对撞机实验的物理性能越来越强烈地依赖于探测器的性能，同时探测器的工作环境也变得更恶劣，这些都对下一代探测器技术提出了严峻挑战。在对下一代探测器的性能要求中，极具挑战性的一项是强子喷注的能量分辨。受强子簇射巨大涨落的影响，传统量能器在喷注能量分辨率上已没有太大的改进空间，为了获得接近的喷注能量分辨，必需要发展新一代的量能器技术，粒子流算法的概念因此被引入，而成像型量能器也应运而生。对成像型量能器而言，影响其性能的关键因素是喷注中不同粒子能量沉积之间的混淆，这在很大程度是由量能器的颗粒度决定的，相比而言，量能器的本征能量分辨并不是特别重要。因此，成像型量能器必须是取样型，包括吸收体和灵敏探测器，由相应的吸收层和灵敏层交叠构成。值得指出的是，具有高颗粒度的成像型量能器不仅仅是提高喷注能量分辨的需要，更是应对未来高能强子对撞机上极端实验条件的需要：在这些对撞机上，反应末态喷注多重数很高，同时多个喷注可能受到相同来源的强力推动，喷注之间会出现靠得很近甚至局部交叠的情况，只有高颗粒度的量能器才能在这种条件下实现喷注的有效重建；不同喷注还可能合并成一个胖喷注，这也是很多新物理的信号特征，高颗粒度的量能器可以识别这种胖喷注的内部结构，从而有效压低本底，显著提高探测新物理信号的灵敏度；强子对撞机上的堆积效应是影响喷注测量的支配性因素，使用高颗粒度的量能器，通过联合径迹探测器、利用簇射特征、施加孤立性要求等能有效压低堆积效应。综上所述，成像型量能器是一种具有“径迹探测”概念的新型量能器，可以跟踪高能簇射发展的细节，通过粒子流算法，能显著提高喷注测量性能，满足未来对撞机实验的高要求，具有极大的应用前景，已成为下一代量能器技术的重要发展方向。数字强子量能器是成像型强子量能器的一个重要方案，具有读出简单，均匀性和稳定性好等特点，开发数字强子量能器技术对于粒子物理实验的未来发展具有重要意义。数字强子量能器的核心组件是灵敏探测器，具有“3mm-1mm-1mm”构型的薄型GEM探测器非常适合用做数字强子量能器的灵敏探测器，能够满足数字强子量能器各项要求。本项目专利技术提供一种能用做数字量能器的具有“3mm-1mm-1mm”构型的薄型GEM探测器的设计和安装制作方法，将为一下代对撞机实验发展和储备关键探测器技术。针对普通“3mm-2mm-2mm-2mm”结构的大面积GEM探测器，通常采用把一个结实的外框先固定在底部支撑框架上，然后将用内部垫条固定好的“漂移电极+三层GEM薄膜”放入框中，然后用侧面的螺丝张紧薄膜，达到绷紧的目的。具体分为三个步骤，1)把三张膜用小垫条在垂直方向上固定起来。垫条中部有一个朝前凸出部分，用来给滑块提供支撑。垫条上通过使用固定在不锈钢底板上的两根不锈钢柱来固定滑块，这样滑块只能在水平方向上移动。2)将一个结实的外框固定在探测器支撑板上，然后用穿过外框的螺丝与垫条中部的滑块相连，旋转螺丝将滑块朝外拉紧。因为与滑块相连的螺丝始终垂直外框，所以实际移动的只有GEM薄膜和内部垫条。3)装上橡胶O-型圈以及读出电极等，完成整个探测器的安装。由于螺丝始终能对薄膜施加足够的张力，薄膜内部不再需要支撑框架支撑。此外，滑动式自张紧方法制作的大面积GEM探测器可以反复拆卸，而且探测器的任何部分都可以置换。上述紧方法非常适合用来在制作“3mm-2mm-2mm-2mm”构型的大面积厚的GEM探测器。但是对于用做数字型强子量能器的具有“3mm-1mm-1mm”结构的薄型大面积GEM探测器，由于探测器的整体厚度降低了4mm，因此在加工垫条，滑块时会由于尺寸的变小而极大的增加加工难度，造成成品率很低，这会造成制作一个米级的薄型大面积GEM探测器造价变得无法承受。并且由于外框的厚度变小，无法在保证探测器具有良好气密性的同时将螺丝穿过外框与滑块相连，因此整个滑动式自张紧的技术方案在用做数字型强子量能器的具有“3mm-1mm-1mm”结构的薄型大面积GEM探测器上变得不再适用，需要使用新的方案。公开内容(一)要解决的技术问题为了至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种薄型GEM探测器及其组装方法。(二)技术方案本公开提供了一种用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，包括：支撑板；外框，固定于所述支撑板上，读出板，固定于所述外框上，所述支撑板、外框和读出板组成一个气密腔体；漂移区膜，铺设在所述支撑板上；第一GEM薄膜和第二GEM薄膜，层叠设置于所述气密腔体内；绷膜组件，固定于所述气密腔体内，连接所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜的周边，将所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜沿平行于所述支撑板的方向绷紧。在本公开的一些实施例中，所述支撑板四周由外至内分别开有一组第一固定孔、多组支撑孔和多组定位孔。在本公开的一些实施例中，所述外框沿周向开有一组第二固定孔，所述第二固定孔与所述第一固定孔的位置相对，通过螺钉穿入所述第一固定孔和第二固定孔，将所述外框固定在所述支撑板上；所述外框的正面和反面开有环形密封槽，所述环形密封槽位于所述第二固定孔内侧并放置有橡胶O型圈；所述外框沿周向具有一组凸出结构，所述凸出结构位于环境密封槽内侧并开有第一通孔，用于支撑弹簧顶针；所述外框开有两个螺纹沉孔，所述螺纹沉孔沿平行于所述支撑板的方向延伸，其底部开有第二通孔，所述第二通孔位于所述外框正面和反面的环形密封槽之间，所述螺纹沉孔用来安装气嘴。在本公开的一些实施例中，所述读出板1安装有输入接头，用于输入工作电压。在本公开的一些实施例中，所述绷膜组件包括多个第一绷膜组件和多个第二绷膜组件，所述第一绷膜组件的位置对应于所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜二者的工作电压输入区，所述第二绷膜组件的位置对应于所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜二者的非工作电压输入区，所述第一绷膜组件包括：第一漂移区垫条、第一传输区垫条和引导区垫条，所述第二绷膜组件包括：第二漂移区垫条、第二传输区垫条和引导区垫条。在本公开的一些实施例中，所述第一漂移区垫条沿其长度方向开有阶梯孔，用来固定铜螺母；相邻两个阶梯孔之间开有第二通孔和第一槽口，第二通孔供弹簧顶针穿过，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，包括：支撑板；外框，固定于所述支撑板上，读出板，固定于所述外框上，所述支撑板、外框和读出板组成一个气密腔体；漂移区膜，铺设在所述支撑板上；第一GEM薄膜和第二GEM薄膜，层叠设置于所述气密腔体内；绷膜组件，固定于所述气密腔体内，连接所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜的周边，将所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜沿平行于所述支撑板的方向绷紧。

【技术特征摘要】
1.一种用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，包括：支撑板；外框，固定于所述支撑板上，读出板，固定于所述外框上，所述支撑板、外框和读出板组成一个气密腔体；漂移区膜，铺设在所述支撑板上；第一GEM薄膜和第二GEM薄膜，层叠设置于所述气密腔体内；绷膜组件，固定于所述气密腔体内，连接所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜的周边，将所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜沿平行于所述支撑板的方向绷紧。2.如权利要求1所述的用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，所述支撑板四周由外至内分别开有一组第一固定孔、多组支撑孔和多组定位孔。3.如权利要求2所述的用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，所述外框沿周向开有一组第二固定孔，所述第二固定孔与所述第一固定孔的位置相对，通过螺钉穿入所述第一固定孔和第二固定孔，将所述外框固定在所述支撑板上；所述外框的正面和反面开有环形密封槽，所述环形密封槽位于所述第二固定孔内侧并放置有橡胶O型圈；所述外框沿周向具有一组凸出结构，所述凸出结构位于环境密封槽内侧并开有第一通孔，用于支撑弹簧顶针；所述外框开有两个螺纹沉孔，所述螺纹沉孔沿平行于所述支撑板的方向延伸，其底部开有第二通孔，所述第二通孔位于所述外框正面和反面的环形密封槽之间，所述螺纹沉孔用来安装气嘴。4.如权利要求1所述的用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，所述读出板1安装有输入接头，用于输入工作电压。5.如权利要求3所述的用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，所述绷膜组件包括多个第一绷膜组件和多个第二绷膜组件，所述第一绷膜组件的位置对应于所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜二者的工作电压输入区，所述第二绷膜组件的位置对应于所述第一GEM薄膜和第二GEM薄膜二者的非工作电压输入区，所述第一绷膜组件包括：第一漂移区垫条、第一传输区垫条和引导区垫条，所述第二绷膜组件包括：第二漂移区垫条、第二传输区垫条和引导区垫条。6.如权利要求5所述的用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，所述第一漂移区垫条沿其长度方向开有阶梯孔，用来固定铜螺母；相邻两个阶梯孔之间开有第二通孔和第一槽口，第二通孔供弹簧顶针穿过，第一槽口放置方形螺母，第一漂移区垫条开有定位孔，用于第一漂移区垫条定位使用。7.如权利要求6所述的用做数字强子量能器的薄型GEM探测器，所述第一传输区垫条沿其长度方向开有第三通孔，用来供螺丝通过；相邻两个第三通孔之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：周意，洪道金，王旭，刘建北，张志永，邵明，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34