同时衍射试验测量的是累积效应BSRF时间结构.ppt

* * * * * * * * * * * * * 弧形THGEM探测器多路直流模式读出研究 陈石 中国科学院大学 第三届全国微结构气体探测器研讨会 2012 Outline 背景简介 一维弧形无像差THGEM探测器 实验布置 实验结果及进展 1.1 多路读出 粉末晶体的X射线衍射实验示意图 单色的X 射线以一定角度射向粉晶样品，会形成一系列衍射线，所有衍射线在空间中形成张角不同的圆锥面。衍射圆锥面的中心角与晶体面间距相关，通过测量衍射图样可以研究晶体结构。 左图为北京同步辐射装置(BSRF)漫散射站使用的五圆衍射仪，使用单路读出探测器进行逐点扫描测量空间衍射线，角分辨率好但测量速度较慢。 采用多路读出探测器可以节省测量时间。 采用平板结构的探测器测量X衍射线时会产生像差，对测量精度（角分辨率）带来影响 左图为像差产生示意图，深色部分是平板探测器探测灵敏区。测量斜射的衍射线时，X射线电离可能发生在经过路径的任何一点上，电离位置的不确定性造成了位置测量的误差，即像差。 使用探测器灵敏区域始终垂直于衍射线的探测器可以消除像差影响，如一维弧形探测器 Parallax error, s. d. Pinto NSS/MIC, 2009 IEEE 1.2 弧形无像差 1.3直流模式 BSRF的同步辐射光 时间结构呈周期性 强度相对稳定 同时衍射实验测量的是累积效应 BSRF时间结构 如左图所示，BSRF束流的时间宽度200ps，周期约2ns 如果采用脉冲模式进行测量，对电子学要求高，实现较难 针对同步辐射衍射实验，提出一种读出一定时间周期内的累积电荷信号，即电流信号的读出方式——直流模式。实现较容易 Outline 背景简介 2. 一维弧形无像差THGEM探测器 2.1性能指标与方案选择 2.2探测器腔室 2.3读出电子学 2.4探测系统结构 实验布置 实验结果及进展 根据上述几点讨论，我们提出一种多路直流模式读出的弧形无像差探测器用于同步辐射衍射实验。探测器设计指标由北京同步辐射漫散射组提出 半径: 20cm, 接收角度： 48° 角分辨： 0.2 ° 多路读出：考虑到电子学读出路数限制，我们选择较容易实现的一维弧形读出方案。 探测器选择：THGEM具有造价相对低廉、抗辐射能力强、探测器增益可调以适应不同光强（单层THGEM的气体增益可以在1～104的范围内调节）的特点，同步辐射上使用THGEM具有一定优势 2.1 性能指标与方案选择 直流模式读出的一维弧形THGEM探测器 (探测器腔室、读出电子学) * * 2.2探测器腔室 探测器选用自制Thinner-THGEM。与标准THGEM相比，自制200μm厚度Thinner-THGEM具有易于弯曲的特点，可以实现弧形无像差设计。 THGEM板的弯曲定型通过三个有机玻璃模块连接而成的探测器腔室完成。 2.3读出电子学 多路阳极读出根据设计要求，探测器张角θ=48°，角分辨0.2° 设计320路读出，每路覆盖0.15°角 由探测器距衍射样品距离20cm计算可得，0.15°角对应阳极读出条间距为0.52mm。 设计读出条宽0.4mm，间隔0.1mm 读出条高1.6cm. 32路弱电流读出模块： 读出pA级电流 最大量程900nA 采样率1kHz 2.4探测系统结构 阳极电流信号用排线引出，由弱电流读出模块进行AD转换，FPGA模块将电流读出板输出的高速数字信号采集整合成数据包后，由MCU控制经以太网发送到计算机。 屏蔽室内：X光源、探测器 屏蔽室外：气瓶、高压插件、计算机 探测器工作气体：Ne95%+CH4 5% 3.实验布置 使用搭建完成的探测系统测量X光实验布置如图： Outline 背景简介 一维弧形无像差探测器 实验布置 实验结果及进展 4.1 在BSRF生物大分子组X光机上测量 4.2 在国科大实验室X光机上测量 4.3 在同步辐射上筹备工作 4.1在BSRF生物大分子组X光机上测量 BSRF生物大分子组 Rigaku-007 X射线发生器 上测试(10^7光子/秒) 32路直流读出： 直通光测量 角分辨测量 直通光测量 dV(Volt) 350 360 370 380 390 Current(pA) -11896.4 -15713.3 -19865.2 -25326.9 -32433.2 dV(Volt) 400 410 420 430 440 Current(pA) -40916.7 -51457.1 -64797.5 -82917.2 -103448 探测器在强流(10^7光子/秒)下工作正常，信噪比约3：1 打开