TPC气体探测器研究*张耀锋1）†尹远1）曹蕾1）刘熔2）刘林3）张春雷1）（1）北京师范大学核科学与技术学院，100875，北京；2）北京师范大学分析测试中心，100875，北京；3）北京师范大学地理科学学部，100875，北京）摘要开展时间投影室（TPC）气体探测器的研制工作：1）设计了探测器漂移区场笼结构，通过设计与优化印刷电路板等梯度势电极的精确位置构建，获得了均匀的电场分布；2）探测器雪崩放大区通过构建3层细丝电极实现；3）探讨了多层多根细丝电极的电场分布计算、电极焊接安装工艺、电极细丝张力维持、探测器不同工作状态转换等工艺技术；4）采用DPC电阻阵列法对探测器的信号读出部分进行简化，实现20路×20路接收电极输出简化为4路输出，并进行了位置刻度试验；5）利用研制的探测器开展了宇宙射线入射信号的测量，获得了真实有效的输出波形，测量波形结果与模拟结果基本一致，并取得了电离事件的有效二维位置分布.本工作可为类似TPC探测器的研制及试验提供经验积累和技术借鉴.关键词时间投影探测器；电场计算；多丝电极；宇宙射线测量；DPC电阻阵列中图分类号TL811；TL815DOI：10.12202/j.0476-0301.20220090引言时间投影室（timeprojectionchamber，TPC）气体探测器是在多丝正比计数器的基础上发展起来的，被用于核物理试验与技术应用领域的粒子径迹探测设备[1].它利用入射粒子与探测器介质气体所发生的电离效应，通过测量二维平面接收板上由于电离电子-离子在电场中做定向漂移运动而感应出的脉冲信号，获得入射粒子的二维分布位置.此外，由电离电子的漂移时间可获得入射粒子纵向位置的测量结果.最终，探测器实现入射粒子的三维位置测量并构建三维运动径迹.典型的TPC探测器已被分别应用于欧洲核子中心（CERN）的ALEPH试验[2]，日本粒子物理实验室（KEK）的TOPAZ试验[3]，美国布鲁克海文国家实验室（BNL）的STAR试验[4]，CERN的大型强子对撞机（LHC）的ALICE试验[5]等，它们主要被用作对撞机试验的中心径迹探测器.此外，通过施加强磁场，TPC探测器依据测量得到的粒子偏转半径，可获得粒子动量，并进一步实现粒子类型的鉴别.如美国密歇根州立大学（MSU）的SπRITTPC可实现重离子束-靶反应产物类型的鉴别测量[6]，主要用于原子核高密度区域对称能领域研究.随着技术的不断发展，TPC探测器也在不断地改进、发展.如：高气压TPC探测器、气液双相介质的TPC探测器分别被用于无中微子双β衰变与暗物质相关试验研究[7]；探测器的信号放大部分，也由...
