Gasselektronmultiplikator - Gas electron multiplier

En gasselektronmultiplikator (GEM) er en type gassformet ioniseringsdetektor som brukes i kjernefysisk og partikkelfysikk og strålingsdeteksjon.

Alle gassformige ioniseringsdetektorer er i stand til å samle elektronene som frigjøres ved ioniserende stråling , lede dem til et område med et stort elektrisk felt , og derved sette i gang et elektronskred . Skredet er i stand til å produsere nok elektroner til å skape en strøm eller ladning som er stor nok til å bli oppdaget av elektronikk. I de fleste ioniseringsdetektorer kommer det store feltet fra en tynn ledning med et positivt høyspentpotensial; denne samme tynne ledningen samler elektronene fra snøskredet og leder dem mot avlesningselektronikken. GEMs lager det store elektriske feltet i små hull i et tynt polymerark; skredet forekommer på innsiden av disse hullene. De resulterende elektronene kastes ut fra arket, og et eget system må brukes for å samle elektronene og lede dem mot utlesningen.

GEM er en av klassen mikropattern gassdetektorer ; denne klassen inkluderer mikromegas og andre teknologier.

Historie

GEM ble oppfunnet i 1997 i Gas Detector Development Group på CERN av fysiker Fabio Sauli .

Operasjon

Typiske GEM er laget av 50–70 mikrometer tykk Kapton- folie kledd i kobber på begge sider. En fotolitografi og syreetsingsprosess lager hull på 30-50 mikrometer i begge kobberlag. en andre etseprosess forlenger disse hullene gjennom kaptonen. De små hullene kan gjøres veldig regelmessige og dimensjonsstabile. For drift plasseres en spenning på 150–400 V over de to kobberlagene, og lager store elektriske felt i hullene. Under disse forholdene, i nærvær av passende gasser, vil et enkelt elektron som kommer inn i ethvert hull skape et skred som inneholder 100–1000 elektroner; dette er "gevinsten" av GEM. Siden elektronene forlater baksiden av GEM, vil en andre GEM plassert etter den første gi et ytterligere stadium av forsterkning. Mange eksperimenter bruker dobbelt- eller trippel-GEM-stabler for å oppnå gevinster på en million eller mer.

Drift av ledningskamre involverte typisk bare en spenningsinnstilling: spenningen på ledningen ga både drivfeltet og forsterkningsfeltet. En GEM-basert detektor krever flere uavhengige spenningsinnstillinger: en driftspenning for å lede elektroner fra ioniseringspunktet til GEM, en forsterkningsspenning og en ekstraksjons- / overføringsspenning for å lede elektroner fra GEM-avkjørselen til avlesningsplanet. En detektor med et stort drivområde kan betjenes som et tidsprojeksjonskammer ; en detektor med et mindre drivområde fungerer som en enkel proporsjonal teller .

Et GEM-kammer kan leses ut av enkle ledende strimler lagt over et flatt plan; avlesningsplanet, som GEM selv, kan fremstilles med vanlige litografiteknikker på vanlige kretskortmaterialer. Siden avlesningsstrimlene ikke er involvert i forsterkningsprosessen, kan de lages i hvilken som helst form; 2-D strips og gitter, sekskantede puter, radiale / azimutalsegmenter og andre avlesningsgeometrier er mulig.

Bruker

GEMs er blitt brukt i mange typer partikkelfysikkeksperimenter. En påfallende tidlig bruker var COMPASS-eksperimentet på CERN. GEM-baserte gassdetektorer er blitt foreslått for komponenter i International Linear Collider , STAR-eksperimentet og PHENIX-eksperimentet på Relativistic Heavy Ion Collider , og andre. Fordelene med GEM-er, sammenlignet med proporsjonale kamre med flere tverr, inkluderer: enkel produksjon, siden GEM-er i stort område i prinsippet kan masseproduseres, mens trådkamre krever arbeidskrevende og feilutsatt montering; fleksibel geometri, både for GEM og avlesningsputene; og undertrykkelse av positive ioner, som var en kilde til feltforvrengninger i tidsprojeksjonskamre som opererte med høye hastigheter. En rekke produksjonsvansker plaget tidlige GEM-er, inkludert ikke-ensartethet og kortslutning, men disse har i stor grad blitt løst.

referanser