基于微通道板的多击响应位置灵敏探测器

　　微通道板(MCP)是一种目前被广泛应用于各种成像探测仪器的电子倍增器件。它具有位置分辨好、增益大、响应时间快等优点,对电子、重离子、X射线等都具有较高的探测效率。作为一个电子倍增器件,微通道板本身不能给出位置信息。为了实现位置探测,需要和不同的位置读出技术结合。目前能够实现二维位置测量的阳极主要有CCD照相机、电阻型阳极[1,2]、楔条型阳极[3]和延迟线阳极[4]等。由于受信号引出时间和电子响应时间的影响,传统的位置灵敏探测器大多只探测单击事件,即相继到达探测器的两个粒子相隔时间较长(如几百纳秒以上)。但在某些实验(如原子分子的多重电离完全测量实验)中,需要对反应末态中相应于同一事件中的多个粒子进行探测[5],这些被探测粒子到达探测器的相隔时间一般在几十纳秒,甚至更短(几纳秒)。为此,我们研制了能够实现多击响应的六角延迟线阳极位置灵敏探测器,它能够记录相继到达时间间隔很短(如5ns)的多个粒子的时间和位置信息[6,7]。在此基础上,考虑到某些碰撞实验中需要束流从探测器中心通过,我们进一步对中心带孔的六角阳极进行了测试。

　　1　探测器的结构及多击响应原理

　　基于微通道板的延迟线阳极位置灵敏探测器的结构如图1所示。待探测粒子打到MCP上表面,经两片MCP放大后形成脉冲电子团,这些电子被连续缠绕的延迟线阳极收集并形成脉冲信号,MCP和阳极丝两端的脉冲信号由快电子学系统引出。四角延迟线阳极和本工作中使用的六角延迟线阳极的结构如图3所示,金属丝呈螺旋线状等间距缠绕,四角阳极由相互垂直的两层延迟线组成,六角阳极由相互之间成120度夹角的三层延迟线组成。每组延迟线都包括并行缠绕的参考丝和信号丝,以抑制噪声。每一层丝所代表的位置方向与该层丝缠绕方向垂直。

　　以单根延迟线为例说明延迟线阳极的位置读出原理。如图2所示,延迟线长为l,电子团在t0时刻到达距延迟线中心x处并形成脉冲信号,该脉冲信号以速度ν向延迟线两端传输,到达A、B两端的时刻分别为t1、t2。

　　由上式可得:

　　从(2)式可知,通过记录信号到达阳极丝两端的相对时间可以得到该方向的位置信息。(3)式可作为甄别信号和噪声的判据。

　　MCP信号的时间分辨约为2ns,阳极丝两端的输出信号时间分辨约为5ns,而目前所使用的TDC的响应时间Te为10ns,因此探测器对多击事件的分辨能力主要取决于TDC的响应时间Te。如图4所示,在一次多击事件中,在t1时刻粒子1倍增出的电子团落到延迟线的A处。间隔Δt时间之后,粒子2的电子团落到与A相距s的B处。而此时粒子1的信号传输到与A相距ν*Δt的C处,因此,此时粒子1与2的脉冲之间距离为s+ν*Δt,它们到达延迟线右端的时间间隔为(s+ν*Δt)/ν。当(s+ν*Δt)/ν ν