Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи БУЗУЛУЦКОВ Алексей едорович Ф ДЕТЕКТОРЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ОТОДЕТЕКТОРЫ НА ОСНОВЕ Ф ГАЗ ОВЫХ ЛЕКТРОННЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ Э риборы и изики
01.04.01 - п методы экспериментальной ф А В Т О Р Е Е Р А Т Ф диссертации на соискание ученой степени доктора изико атематических наук
ф -м НОВ ОСИБИРСК - 2008
Работа олнена нституте ерной изики им у кера РАН вып в И яд ф. Г.И. Б д СО АЛЬНЫЕ НЕНТЫ ОФИЦИ ОППО :
октор изико математических наук Долгошеин д ф -, - ро ессор орис Анатолье ич п ф.
Б в тибуно октор изико математических наук С в - д ф -.
Виктор Николае ич в Хазин октор изико математических наук - д ф -.
орис саако ич Б И в ВЕДУЩАЯ Р АН А Я Н Р нститут теоретической О Г ИЗ ЦИ : Г - Ф И и кс ериментальной изики г оск а э п ф ,. М в.
Защита иссертации состоится У_____Ф _______________ 2008 г.
д асо а асе а ии иссертацио о о со ета в в в У_____Ф ч н з д н д нн г Д.003.016.ститута я ер ой и ики им у кера И И н д н ф з. Г.. Б д СО РАН.
А рес г Но осибирск д : 630090,. в -90, рос ект ака емика Ла рентье а п п д в в, 11.
иссертацией можно ознакомитьс библиотеке Я С д я в И Ф им у кера РАН. Г.И. Б д СО.
А торе ерат разослан г в ф У_____Ф __________________ 2008.
Учен й секретарь иссерта ы д - ционного со ета октор в д из мат наук А А ано ф.-... Ив в ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Получение новых наний в овременной и ике нево можно е ра ви з с ф з з б з з тия новых к ериментальных методик и ике вы оких нергий ядерной. В ф з с э, э сп и ике и а и ике отно ит я режде в его к ра витию новых мето тро то ф з с ф з э с с, п с, детекторов и лученийз дов реги трации и лучений и ра ра отке новых ов с з з б тип з.
Благодаря многоо ра ию и ложно и иче ких явлений лежащих в о но ти б з с с ф з с, авля амо с ве ра оты детекторов и лучений их и учение тало ред т ть тоя б з, з с п с с с тельный интере с. оких и ике вы нергий и ядерной и ике детекторы и лучений од В ф з с э ф з з п ра деляют я на два о новных кла а детекторы иони ирующих и лучений и з с с сс - з з отодетекторы детекторы отонов в видимой и о ла ектра ти ф ( ф УФ б с сп ). С другой тороны детекторы и лучений одра деляют я на га овые вакуум с, з п з с з, ные вердотельные и жидко детекторы и ике вы оких нергий га тные, т с. В ф з с э овые детекторы ра отающие в лавинном режиме являют я амым ра ро з, б, о с с сп главный ред траненным ти ом детекторов и лучений ни и тавляют с п з. О с с п мет и ледований в на тоящей ра оте сс с б. де До недавнего времени о новными текторами того ти а являли ь ро с э п с п волочные камеры итуация уще твенно и менила ь оявлением мик [69]. С с с з с с п ро труктурных га овых детекторов Д ервым ред тавителем ко (МСГ ) [70], п п с с з торых ыла микро оло ковая га овая камера х главное отличие от рово И п б п с з. орядок ра меров у илительной лочных камер аключало ь в уменьшении на с з п з с ячейки что ыло до тигнуто омощью методов отолитогра ии то ри, б с с п ф. Э п ф вело к уще твенному улучшению ро тран твенного ра решения и агру с с п с с з з очной о о но га овых детекторов что являет я овершенно нео ходи ти, з сп с б с з центральных с с б мым для ра оты в у ловиях трековых и тем на троящих я и б с с с с с роектируемых у корителях ча на в тиц тречных учках в ча тно ти на п с с с п, с с Большом адронном коллайдере LHC.
а овый лектронный умножитель или или Gas Electron Multiplier (ГЭУ Г з э отно ит я к кла у микро труктурных га овых детекторов и GEM) [53,71] с с сс с з, очевидно являет я его наи олее у ешным ред тавителем н ыл и о ре, с б сп п с. О б з б тен аули в году в в нем и оль ует я новый ринци га о п п Ф. С 1997 CERN; сп з с детекторам з вого у иления а именно у иление в отвер на тиях нтере к с, - с с. ч чи с И о нове о До тоянно ра тет таточно ка ать то ло у ликаций о с ГЭУ ревс с. с с з, с п б п п той теме ы ило ять отен а во можные рименения давно вы э п с п с, з п ГЭУ Пошли а рамки о твенно и ики вы оких нергий м о оры з с бс ф з с э (с. бз [53,55]). тому актуальной ыла адача и учения вой тв и и иче ких о нов их э б з з с с ГЭУ ф з с с ра оты на начальном е их ра вития а ыла и о я актуальной та тает б э п з, также б с с оль у ра ра отка новых ов детекторов и лучений на о нове того з б тип з с ГЭУ. В п з э говорит на ример акт о ра ования колла орации в в г, п, ледования з б RD51 CERN 2008.
ф б ециально для и и ра вития детекторов в которую вошли сп сс з таких, ин титутов 55 с [72].
Что ка ает я га овых отодетекторов чув твительных к одиночным о с с з ф, с ф тонам и и оль ующих ринци лавинного у иления в га ах интере к ним сп з п п с з, с не о ла евает в течение олее четверти века м на ример Преиму с б б (с., п, [30]). ще га овых отодетекторов еред вакуумными аключают я в ольшой тва с з ф с б п з ра очей лощади удо ными методами читывания координатной ин орма б п, б с ф ции и о о но ра отать в магнитном оле а еред олу роводниковыми ти сп с б с б п, ороны п п п еще и в меньшем уровне шумов другой о араметрам т Ц. С с, п таким п, как ам литудное и временное ра решение они у ают вакуумным отоде ту п з, с п ф текторам аким о ра ом га овые отодетекторы рименяют я там где. Т б з, з ф п с, тре уют я координатные отодетекторы отно ительно ольшой лощади б с ф с б п олее квадратного дециметра в ча тно ти в детекторах колец и лучения (б ), с с з авилова Черенкова детекторах В -олее ер (RICH- ).
Наи ективными читают я га овые отодетекторы тверды б п сп с с з ф с ор ми отокатодами воо ще и отокатодом в ча тно ти м о б с я с с (с. бз [55]).
ф CsI ф х реимуще аключают в о о но ра отать в широком диа а оне тва ти И п с з с сп с б с б п з тем ератур и давлений овме тимо ти от аянными ри орами ра ноо ра п, с с с с п п б, з б ии о о ов тыковки у илительными труктурами и чув твительно ти в з сп с б с с с с с ого с видимой о ла роме для отокатодов которые чув ти твительны в б с. К т, CsI оин являет я вы с ф, ультра иолетовой о ла до окий квантовый ти т твом (УФ) б с, лагородных га с с ф с с выход в о ла цинтилляций ов что может найти риме ти б с с з, п б нение в жидко цинтилляционных криогенных детекторах ем не ме тных с с. Т нее рименение га овых отодетекторов вердыми отокатодами ока ог, п з ф с т ф п раничивает я не колькими дей твующими и роектируемыми с с с п RICHдетекторами на о нове отокатода ра отающими на родуве га а то с CsI ф, ак б п з. Э вя ано что до их ор о я тем тает туальной ра ра отка олее овер с з с, га овых с с з б б с с п шенных и рактичных отодетекторов аких как на о нове з ф [55], т с ГЭУ п от аянных и отокатодами для видимой о ла ти [31,32,37], п [34,35] с ф б с включая отокатоды ащитными ди лектриче кими нано лен [20,41,42], ф с з э с п ками лучае у еха они могли ы о кон тавить [11,13,14,16,18,21,22,29]. В с сп, б с с куренцию в их о ла рименения тях ФЭУ традиционных б с п.
Основная аботы цель р состоит в разработке новых методов регистрац ии излучений на основе ГЭУ и газовых фотодетекторов. Более конкретно, ц она посвящена изучению физических про ессов, происходящих в ГЭУ и газовых фотодетекторах, изучению свойств ГЭУ, разработке на их основе трековых детекторов, детекторов высокого давления и криогенных лавинных детекторов, включая двухфазные лавинные детекторы, изучению свойств твердых фотокатодов для газовых фотодетекторов и защитных пленок для фотокатодов, разработке газовых фотодетекторов на основе ГЭУ.
Областью сследован ия настоящей работы является следующее: физии ч еские явления и процессы в ГЭУ и газовых фотодетекторах, которые могут быть использованы для создания принципиально новых приборов и методов э ч кспериментальной физики; новые принципы и методы измерений физи еч ских вели ин, основанных на достижениях в области физики ГЭУ и газовых ч ч ч фотодетекторов и позволяющих существенно увели ить то ность, увствительность и быстродействие измерений в физике высоких энергий, астрофиэ зике и прикладных областях; кспериментальные установки для проведения ч исследований в области физики регистрации излу ений.
Научная новизна аботы р Разработаны рвы тр ас адны азовы д т торы а нно пе е ехк к е г е е ек, име - тр ас адны до азана н об од ость с ользован дл р н ехк к е ГЭУ; к робо х им их и п ия я еше ия е фу у у нда нтальной робл ы в в тр овы ростр т рны азовы ме п ем п е ек х мик к х г х д т тора е ек х.
Пр длож на р ал зована д фф т вной работы в сты бла е е и е и и ея э ек и ГЭУ чи х ородны аза в то сл р высо давл н р о нны т ра г х г х, м чи е, п и ких е иях и к и ге х емпе у т ра х.
у ф Разработаны дв азны лав нны д т торы на основ в рвы х е и е о у ек е ГЭУ, пе е е стаб льно работающ в р ж азово с л н и ие е име г г ф и е ия.
фф Разработана тод а т вны ото атодов дл област дл ме ик э ек и х к я УФ и я ф р н н в азовы отод т тора п име е ия г х е ек х.
ф Пр длож на р ал зована д фф т вны о оз онны ото а е е и област защ и ея э ек и х к мп ици х к е и тодов дл в д ой щ нны д л тр с нано л н а я и им и, овыи е х иэ ек иче кими п е к ми.
ф Разработаны рвы аз отод т торы на основ г е пе е олу ны новые ек е ГЭУ.
ф Кро то о был знан о з с вл н ме г, и п че е ия п и иче ким я е иям и ф у ро сса з област з р стра зл н й он р сл ны н ж п це м и и и ики еги ции и че и ; на защ ту е и е и пе ечи у в н т основны олож н й работы вынос ы х п е и, им х и.
п к е Теоретическая ценность работы состоит в том, что были теоретически обоснованы механизмы и построены модели следующих явлений из области физики регистрации излучений вообще и физики каскадных ГЭУ в частности [53,55]: электронные лавины в благородных газах при больших плотностях и низких температурах; ионный обратный ток в каскадных ГЭУ;
обратное рассеяние фотоэлектронов на фотокатод в газе; фотоэлектронная эмиссия в сильном электрическом поле; фотоэлектронная эмиссия через нанопленки; фотонные и ионные обратные связи в детекторах на основе ГЭУ.
Практическая енность работы ц состоит в том, что замечательные свойства детекторов ионизирующих излучений на основе ГЭУ, обнаруженные и подробно исследованные в настоящей работе, сделали возможным их применение в физике высоких энергий, ядерной физики, астрофизике, в области медицинской визуализации и в других областях.
В результате трехкаскадный ГЭУ стал самым распространенным типом микроструктурных газовых детекторов, а трековые детекторы на основе трехкаскадного ГЭУ стали применяться в экспериментах на ускорителях в ИЯФ и CERN и в других экспериментах [53]: в трековых системах [73,74], триггерных системах [76], торцевых детекторах для время-проекционных камер [77,78], нейтронных детекторах [79], детекторах синхротронного излучения [80].
Уникальное свойство каскадных ГЭУ эффективно работать в чистых благородных газах, в том числе при криогенных температурах, обнаруженное и подробно исследованное в настоящей работе, позволило изучить физику электронных лавин в благородных газах впервые при больших плотностях и низких температурах [39,45,48,50,53], а также разработать новые типы деВ текторов излучений [53]. частности, разработка криогенных двухфазных лавинных детекторов на основе ГЭУ открыла новые направления в развитии детекторов для регистрации солнечных нейтрино [81], нейтрино от ускорителей и космических лучей [82], темной материи [83,84], когерентнорассеянных нейтрино [85,86] и для позитронной эмиссионной томографии П ( ЭТ) [53].
А налогично, замечательные характеристики газовых фотодетекторов с твердыми фотокатодами на основе ГЭУ, полученные в настоящей работе, сделали их привлекательными для ряда применений: эффективные CsI фотокатоды нашли применения в RICH-детекторах в экспериментах в CERN, GSI и BNL [55], а газовый фотодетектор на основе ГЭУ, работающий в чистом CF4, - в черенковском детекторе в эксперименте PHENIX в BNL [87]. Что касается криогенных двухфазных лавинных детекторах с CsI фотокатодом, то их предполагается использовать в низкофоновых экспериментах по регистП рации темной материи [88], а также в ЭТ [55]. Кроме того, в результате обнаружения уникальной способности некоторых диэлектрических нанопленок эффективно защищать фотокатоды, было открыто новое направление в развитии газовых фотодетекторах, а именно направление композиционных фотокатодов для газовых фотодетекторов [55].
Основные оложения оты выносимые н иту а защ п раб, 1. Разработана методика детекторов излучений на основе газовых электронных умножителей (ГЭУ). В частности, изучены физические принципы работы ГЭУ, на их основе разработана методика изготовления ГЭУ размером до 1010 см и сборки из них трековых детекторов, а также методы применения ГЭУ в детекторах высокого давления, криогенных детекторах и газовых фотодетекторах.
2. Разработаны первые трехкаскадные газовые детекторы, а именно трехкаскадные ГЭУ, и решена фундаментальная проблема пробоев в трековых микроструктурных газовых детекторах с их помощью [33,53].
3. Обнаружена и подробно исследована уникальная способность ГЭУ работать в чистых благородных газах с высоким газовым усилением [26,28,31,32], включая работу при высоких давлениях [36,38,39,43] и криогенных температурах [44,45,46,47,48,49,50,52,54,57].
4. Создан новый класс детекторов ионизирующих излучений, а именно класс криогенных двухфазных лавинных детекторов на основе ГЭУ, впервые стабильно работающих в режиме газового усиления [44,45,47,49,52,54,57].
5. Разработана методика эффективных фотокатодов для УФ области для применения в газовых фотодетекторах, а именно CsI, NaI и CuI фотокатодов, включая методы их вакуумного испарения и термической обработки [4,5,6,7,8,15,20].
6. Обнаружена и подробно исследована уникальная способность диэлектрических нанопленок CsBr, CsI и NaI эффективно защищать фотокатоды для видимой области от воздействия кислорода [13,16,22,29], а органической пленки гексатриаконтан (n-C36H74) - быть удаляемой с фотокатода [21].
7. Разработаны и созданы первые газовые фотодетекторы на основе ГЭУ, в том числе с CsI фотокатодом, отпаянные и работающие в чистом CF[31,32,34,35,37].
8. Созданы экспериментальные установки для исследования криогенных лавинных детекторов на основе ГЭУ, в том числе криогенных двухфазных лавинных детекторов.
9. Создана экспериментальная установка для изготовления и исследования композиционных фотокатодов для видимой области.
10. Получены новые знания по следующим физическим явлениям и процессам из области физики регистрации излучений, которые могут быть использованы для создания принципиально новых приборов и методов экспериментальной физики:
Х измерены ионизационные коэффициенты в плотных благородных газах:
при комнатной температуре в He, Ne, Ar, Kr и Xe - впервые в диапазоне давлений 1 - 15 атм, при криогенных температурах в He и Ne - впервые в диапазоне температур 2 - 78 К [39,45,48,50,53];
Х впервые систематически исследованы ионные обратные токи в каскадных ГЭУ; построена модель явления [40,51];
Х измерено обратное рассеяние фотоэлектронов на CsI фотокатод в различных газах [1,9,10,32,37,55]; наблюдён эффект подавления обратного рассеяния фотоэлектронов и почти полного восстановления квантового выхода фотокатода в CH4 и, впервые, в CF4; обнаружен эффект полного подавления обратного рассеяния фотоэлектронов при работе фотокатодного промежутка в лавинном режиме, причем вне зависимости от состава газовой смеси; дано объяснение эффекта;
Х обнаружено существенное усиление фотоэлектронной эмиссии из CsI фотокатода в сильном электрическом поле; построена модель явления [3];
Х исследован транспорт фотоэлектронов через диэлектрические нанопленки, в частности, измерены длины пробегов фотоэлектронов в различных нанопленках, в большинстве из них - впервые [14,16,18,55];
Х изучены фотонные и ионные обратные связи в детекторах на основе ГЭУ [31,32,37,46,55].
Апробация работы Результаты астоящей аботы были едставле ы а ауч ых семи а н р пр н н н н н ах в р ИЯФ, Brookhaven National Laboratory (Upton, USA), Sheffield University (Sheffield, UK), Weizmann Institute ессии тделе ия яде ой изики РАН в of Science (Rehovot, Israel), South Western а с Medical Center (Dallas, а и ан О н рн ф USA), оскв более чем ежду а од ых ко е е ий 2007 г. (ИТЭФ, М ) н 15 М н р н нф р нц, включая в и УVienna Conference of InstrumentationФ 1995, 1998, 2001, 20в 2007 гг. (Vienna, Austria); УIEEE Nuclear Science SymposiumФ 1994 г. (Newи port-News, USA) 2000 г. (Lyon, France); УInternational Conference on New в и Developments in PhotodetectionФ 1996 1999 гг. (Beaune, France); УPisa Meetв ing on Advanced DetectorsФ 1997 г. (Elba, Italy); УInternational Workshop on в Ring Imaging Cherenkov DetectorsФ 1998 в. (Ein-Gedi, Israel); УInternational г Conference on Position-Sensitive DetectorsФ 2002 г. (Leicester, UK); УInstruв и mentation Conference on Collider Beam PhysicsФ 2002 2008 гг. (Novosibirsk, и Russia) 2006 г. (Stanford, USA).
Ряд оложе ий диссе та ии был ис ользова и од отовке учеб о о п н р ц п н пр п г н г ку са ов еме ые кс е име таль ые методики в изике высоких е р С р нн э п р н н ф эн рий и ашел име е ие в учеб ом о ессе а ка ед е изики леме г н пр н н н пр ц н ф р Ф э нта ых части изическо о акультета НГУ рн ц Ф г ф.
сследова ия езультаты кото ых вошли в астоящую диссе та ию И н, р р н р ц, были одде жа ы а тами А Г Р в а т п р н гр н CRDF ( Ф И ) 2003-2005 гг. (гр н RP1-25Детекто ы а ос ове азовых лект о ых ум ожителей аботающих в лот ых р н н г э р нн н, р бла о од ых азах для е ист а ии аст очасти и ейт о ой и п н скойг р н г, р г р ц р ц н р нн меди и визуализа ии и в а т ц н ц ) INTAS 2005-2007 гг. (гр н 04-78-67УTwo-phase cryogenic avalanche detectors for astroparticle and medical imagingФ).
Публикации По опубл ов п бо в лю теме диссертации ик аны 68 ечатных ра т [1-68], к чая обзо о п з бо в з у три ра [53,55,56] и дин атент [58], и них - 57 ра т рецен ир емых з и даниях [1-57].
Структура ра ты и объем бо Настоящая абота состоит из ия а зак ия и списка и р введен, 8 гл в, лючен л т ату к а щ о аим о а ия а и объ и 1-ер ры, в люч ю ег 243 н ен в н. Гл вы ож 5-8 ед нены в п у и то у асть соот тст о абота из а а ст а ицах ерв ю в р ю ч, ве венн. Р л ен н 223 р н, со жит ису ка и таб иц дер 162 р н 7 л.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении содержится изложение проблем, сформулированы цели диссертации, обосновывается их актуальность, схематично изложено распределение материала по главам.
Первая асть ч работы посвящена исследованию и разработке детекторов ионизирующих излучений на основе ГЭУ; ее краткое изложение содержится в обзоре [53].
Глава 1 является введением к первой части работы. В ней рассматриваю ю тся принципы работы ГЭУ. Кратко описыва тся также другие газовые усилительные структуры с отверстиями.
В Главе 2 представлены результаты исследований по физическим основам работы ГЭУ и их основным характеристикам, проведенным в настоящей работе. В частности, было открыто уникальное свойство ГЭУ эффективно работать в чистых благородных газах, в том числе при низких температурах, что позволило измерить ионизационные коэффициенты газов в ранее недоступных областях.
В разделе 2.1 представлены результаты оптимизации однокаскадных ГЭУ: исследуется влияние геометрических параметров, таких как диаметр отверстий и их шаг, и параметров электрического поля на усиление. Это влияние, главным образом, обусловлено электростатикой, т.е. конфигурацией электрического поля в окрестности отверстий ГЭУ.
В разделе 2.2 описываются устройство и основные характеристики трехкаскадных ГЭУ, изученных впервые в настоящей работе. На Рис. 1 показана типичная схема трехкаскадного ГЭУ, используемая в трековых детекторах.
На Рис. 2 приведены усилительные характеристики трехкаскадных ГЭУ. В типичных газовых смесях усиления достигали 105, а в чистом CF4 - даже свыше 106, что нетривиально, т.к. CF4 является слабо гасящим газом. В CFРис с и и и. 1. Схема трехка кадного ГЭУ; 1 - катод; 2, 3 4 - первый, второй трет й счи и с ГЭУ; 5 - анод ( тывающ й электрод); 6 - дрейфовый промежуток; 7,8 - тран и и и с из портные промежутк ; 9 - ндукц онный промежуток; 10 - корпу детектора; 11 - ч и лу ен е.
Рис си и с з иси с и и. ич лен е трехка кадного ГЭУ в ав мо т от напряжен я на одном ГЭУ в 2. У з з с с и с ии М си си и ра л ных га овых ме ях пр атмо ферном давлен. ак мальные у лен я огич и ран ены пробоям. 1 - Ar+5%CH4; 2 - Ar+30%CO2; 3 - Ar+2%N2; 4 - Ar+10%CF4;
5 - Xe+10%CH4; 6 - CF4.
временное разрешение составило 2 нс в режиме счета одиночных электронов, что, по-видимому, является рекордом для газовых лавинных детекторов.
В разделе 2.3 систематизируются физические эффекты в каскадных ГЭУ, изученные в настоящей работе (см. Рис. 3): обратное рассеяние фотоэлектронов на фотокатод, фотонная обратная связь на фотокатод вследствие сцинтилляций лавины в отверстиях ГЭУ и пропорциональных сцинтилляций в дрейфовом промежутке, ионная обратная связь с ГЭУ на предыдущие ГЭУ и на фотокатод, ионный обратный ток на предыдущие ГЭУ и на фотокатод, ограничение пространственного развития лавины в отверстии ГЭУ, расширение лавины из отверстия или внутри него при больших усилениях.
В разделе 2.4 описана работа ГЭУ в чистых благородных газах. Она представляет интерес для детекторов высокого давления, отпаянных детекторов, газовых фотодетекторов, а также для криогенных лавинных детекторов, в которых использование молекулярных добавок невозможно из-за низкой температуры. Рис. 4 иллюстрирует уникальное свойство каскадных ГЭУ иметь высокие усиления в чистых благородных газах, впервые обнаруженное в настоящей работе. В Ar и его смесях с другими благородными газами усиления трехкаскадных ГЭУ могут достигать значений порядка нескольких десятков тысяч. Это на два порядка превосходит максимальные усиления, достигаемые в Ar другими газовыми детекторами. В разделе рассматриваются специальные газовые смеси благородных газов, приводящие к еще большим усилениям: смеси частично прозрачные для электронных лавин, например Ar+Ne, и смеси с повышенной ионизационной эффективностью, например, Ar+Xe.
Рис изич с и и и и з с. 3. Ф е к е эффекты пр нц пы работы в га овом детекторе, одержащем с и з ч и чис ка кадный ГЭУ полупро ра ный фотокатод работающем в том благородном з га е.
Рис си и с з иси с и и. 4. У лен е трехка кадного ГЭУ чис мо т от напряжен я на одном ГЭУ в в ав с с с ч с си з и с ме ях на о нове Ar, звклю ая ме тых благородных га ов, пр атмо ферном ии с и ч з с давлен (е л не ука ано другое). Данные полу ены в га овом фотодетекторе поз ч лупро ра ным CsI фотокатодом.
П одробно рассматриваются также вторичные процессы, ограничивающие усиление, такие как ионные и фотонные обратные связи.
Раздел 2.5 посвящен механизмам электронных лавин и ионизационным коэффициентам в плотных благородных газах, полученным с помощью анализа усилительных характеристик ГЭУ при высоких давлениях и низких темП пературах, т.е. в ранее недоступных областях. одробно описывается методика измерения ионизационных коэффициентов. Сравнивая их измеренные значения с данными, взятыми из литературы и полученными при низких давлениях и комнатных температурах, можно судить о механизмах электронных лавин (см. Рис. 5). В Ar, Kr и Xe наблюдается хорошее согласие между данными при высоких и низких давлениях, т.е. в плотных тяжелых благородных газах действует стандартный лавинный механизм ударной ионизации:
e+Ar2e+Ar+.
Рис и з иси с и и из и и и ич с. 5. Сравнен е ав мо т он ац онных коэфф ц ентов от электр е кого и и и и с поля в He ч и кр огенных температурах (2.6 - 78 си) и больш х плотно тях (0.35 - пр К ч с из ис и 1.6 г/л, то к ), полу енных помощью анал а с з л тельных характер т к одноу с с и с и иси с и из и ка кадных ГЭУ д аметром отвер т й 70 мкм, ав мо тью он ац онных кои и и и с и эфф ц ентов пр комнатной температуре малых плотно тях (<0.02 г/л, кр вая), з из и в ятых л тературы.
В то же время, ионизационные коэффициенты в He и Ne, полученные при высоких давлениях и температурах выше 77 К, значительно превосходят П коэффициенты при низких давлениях (Рис. 5). ри температурах жидкого гелия, однако, это различие исчезает, что говорит о том, что ударная ионизация является основным лавинным механизмом в плотном He даже при очень низких температурах. Такое поведение ионизационных коэффициентов объясняется наличием дополнительного лавинного механизма в He и Ne при темпеП ратурах выше 77 К, а именно механизма ионизации еннинга на неконтролируемых примесях (e+Hee+Hem, Hem+XHe+X++e), которые вымораживаются при низких температурах.
Рис стви та состава а. 6. см е эффек г Дей зовой еси и дрейфового поля на ио об ат то в т ас а нный р ный к оля рехк к дом о аза а в н ГЭУ. от к н ия ИОТ заП д висимости сил и о у ен пр дрейф вом ол см в п е 0.5 кВ/ Ar+10%CF4, и и и Ar+10%CH4 Xe+10%CH4 т от пр 0.см в иам Д кВ/сти Ar+10%CH4. о о и е ры в во о вто т ть о ер й пер г, ис р г ре ег аза а ГЭУ ук ны н р унке.
Раздел 2.6 посвящен систематическим исследованиям ионного обратного тока (ИОТ) в каскадных ГЭУ, впервые выполненных в настоящей работе.
ИОТ возникает вследствие дрейфа ионов из области лавины к катоду. Он должен быть подавлен во время-проекционных камерах и газовых фотодетекторах. К замечательным свойствам каскадных ГЭУ следует отнести существенное подавление ИОТ (см. Рис. 6): при усилении 104 и дрейфовом поле 0.5 кВ/см доля ИОТ (отношение ИОТ к анодному току) в трехкаскадном ГЭУ составляет всего несколько процентов. Было показано, что доля ИОТ (F) описывается полиномиальной функцией усиления: F=G-2/3+G-1/3+C.
Кроме того, доля ИОТ практически не зависит от состава и давления газа, растет почти линейно с дрейфовым полем, достаточно чувствительна к диаметру отверстий ГЭУ и менее чувствительна к транспортному полю (Рис. 6).
В разделе описывается теоретическая модель ИОТ, удовлетворительно описывающая экспериментальные данные, в частности зависимость от усиления. Согласно этой модели коэффициент пропускания ионов одним ГЭУ в середине каскада оказывается довольно большим, около 0.3 - 0.5. Это говорит о том, что только многокаскадные ГЭУ могут эффективно подавлять ИОТ.
В заключение раздела рассматривается концепции и первые данные по электрическим и фотоэлектрическим затворам в каскадных ГЭУ, которые могут быть применены для полного подавления ИОТ.
Глава 3 посвящена детекторам ионизирующих излучений на основе ГЭУ, работающих при комнатной температуре, включая трековые детекторы и детекторы, работающие при высоких давлениях. В результате этих исслеГЭУ дований трехкаскадный стал самым распространенным типом микроГД структурных газовых детекторов (МС ).
ГЭУ В разделе 3.1 описывается развитие методики детекторов на основе ГЭУ в ИЯФ, включая этапы изготовления пленок, их монтажа на рамки и сборки детекторов. В качестве примера, на Рис. 7 показана фотография перГЭУ вого трекового детектора на основе трехкаскадного.
Рис т аль ая асть во о т ово о т то а а ос ов т ас а о о. 7. Цен р н ч пер г рек г де ек р н н е тот т к дн г рехк а тив о лоща ью мм2 и в м м с ит ва и м то ис ч ГЭУ c к н й п д 40100 изд у ерны ов ы н е ; э де ек р ользовался а астиц в ля ия т а а т исти и сто и п ч н пучке ас PSI д учен рек ых х р к ер к у йч вости обоям т а в к пр рехк к дных ГЭУ 1999 г.
ГЭУ Раздел 3.2 посвящен трековым детекторам на основе. В подразделе ГД 3.2.1 рассматривается развитие одно- и двухкаскадных МС в ИЯФ; анализируются их недостатки. В частности, главной проблемой на пути их применения в экспериментах на LHC оказалась неустойчивость к пробоям при облучении сильно ионизирующих частицами, таких как осколки ядер и альфачастицы.
В подразделе 3.2.2 описываются трековые характеристики первых деГЭУ текторов на основе трехкаскадных с двумерным считыванием, полученные в PSI на пучке релятивистских пи-мезонов, включая временные и амплитудные характеристики, размер кластера и зависимость эффективности от усиления.
В подразделе 3.3.3 представлены результаты по устойчивости к пробоям ГЭУ одно-, двух- и трехкаскадных при облучении сильно ионизирующих Э частицами. ти данные были получены впервые в настоящей работе, при облучении альфа-частицами и на пучке пи-мезонов в PSI. В частности, на Рис. ГЭУ сравниваются вероятности пробоев в трехкаскадных и двухкаскадных ГД ГЭУ МС. В трехкаскадном безопасный уровень пробоев ГД достигается при усилении менее 2104, в то время как в двухкаскадных МС - при менее У 2103. читывая данные по эффективности работы детекторов, был сделан следующий фундаментальный вывод: двухкаскадные структуры не обеспечиГЭУ вают эффективной работы до начала пробоев, и только трехкаскадные удовлетворяют этому критерию.
ГЭУ В разделе 3.3 описывается детектор на основе трехкаскадного с виЭ зуализацией событий с оптическим считыванием на ПЗС камеру. тот детектор был испытан с целью применения в рентгеновской цифровой радиографии.
Рис оят ость обоя а о. а8. Вер н пр н дающ ю астиц в ну п д у ия в ту зависимоч сти от сил ас а ом у ен рехк к дн и в в ас а ст т а ГЭУ д ухк к дных и рук ур х в ас а ом омби а - д ухк к дн о с к н ГЭУ ми ции ам о а ав c к ГЭУ м ер й овокр к н ами ия ились в к. аИз ерен пр д и оложит ль PSI н пучке п е ных п м о ов с им льсом в ез н пу 350 МэВ/c см си е Ar+30%CO2.
ГЭУ Раздел 3.4 посвящен исследованиям работы при высоких давлениях, которые были впервые выполнены в настоящей работе. Оказалось, что ГЭУ усиление однокаскадных стремительно падает с ростом давления в газоГЭУ вых смесях с молекулярными добавками, что исключает использование в них при высоких давлениях.
Б олее обнадеживающие результаты были получены в чистых благородных газах. Наибольший интерес для применений, в частности в цифровой ГЭУ рентгенографии, представляет работа в тяжелых благородных газах. В ГЭУ них, однако, максимальное усиление трехкаскадных существенно падало с давлением, до порядка единицы при 5 атм (см. Рис. 9). В разделе 2.4 поГЭУ казывается, что пробои в каскадных в тяжелых благородных газах индуцируются ион-электронной эмиссией из электродов вследствие ионной обГЭУ ратной связи между. Следовательно, если подавить ионную обратную Б связь, можно достичь более высоких рабочих давлений. ыло показано, что ГЭУ одним из способов такого подавления является замена каскадных на одГЭУ нокаскадные : в этом случае усиление в Kr в диапазоне 3 - 10 атм составило несколько сотен.
Рис а сималь о сил и т. а9. о к н е у ен е рехМ ас о в от ав к к дн г ГЭУ зависимости и обл д л ия в и ен He, Ne, Ar, Kr л Xe пр уии т овс ими ами чен рен ген к уч.
В отличие от тяжелых газов, в легких благородных газах наблюдались довольно высокие усиления при высоких давлениях, до 105 при 15 атм. Как обсуждалось в разделе 2.5, наиболее вероятной причиной такого поведения является механизм Пеннинга, т.е. ионизация неконтролируемых примесей метастабильными состояниями He и Ne. Еще более высокие усиления, до 1при 10 атм, были получены в пеннинговских смесях с контролируемым содержанием примесей: в He+1%Kr и He+1%N2.
Глава 4 посвящена детекторам ионизирующих излучений на основе ГЭУ, работающим при криогенных температурах, включая двухфазные лавинные детекторы, которые были впервые исследованы в настоящей работе.
В результате этих исследований был создан новый класс детекторов ионизирующих излучений, а именно ГЭУ криогенных газовых и двухфазных лакласс винных детекторов на основе, которые находят применение в низкофоновых экспериментах по регистрации когерентного рассеяния нейтрино, темной материи, солнечных нейтрино и нейтрино от ускорителей и в позитронЭТ ной эмиссионной томографии (П ).
Р аздел 4.1 является введением в главу 4; в нем описывается история развития криогенных газовых и двухфазных детекторов и сформулированы проВ ГЭУ блемы их развития. частности отмечается, что до внедрения не удавалось получить стабильной работы криогенных двухфазных детекторов в лавинном режиме.
В разделе 4.2 рассматриваются криогенные газовые лавинные детекторы ГЭУ на основе при температурах свыше 77 К. Для их изучения в ИЯФ была создана экспериментальная установка, которая описывается в подразделе В ГЭУ 4.2.1. подразделе 4.2.2 показано, что каскадные могут успешно рабоВ Р тать при криогенных температурах в различных газах. частности на ис. представлены усилительные характеристики в He, Ar, Kr и Xe+CH4; в диапаГЭУ зоне температур 120 - 160 К усиления трехкаскадных в этих газах досВ тигали величин 104 - 105. подразделе 4.2.3 изучаются формы анодных сиг- Рис силение. 10. У трехкаскадного ГЭ а исимости от напряже У в з в ния на одном ГЭ при криоген У ных температурах в благородных га ах и и смесях з He, Ar Kr и ка а Ne+0.1%H2 с Xe+2%CH4. У з ны соот ет твующие температу в ры и атомные плотности.
ГЭУ налов при криогенных температурах; на основе их анализа была получена информация о механизмах лавин, фотонных и ионных обратных связях и подвижностях ионов при криогенных температурах.
В разделе 4.3 рассматривается работа криогенных газовых лавинных деГЭУ текторов на основе при низких температурах, в диапазоне 2 - 60 К, в Э плотных He и Ne. ти исследования были проведены на установке, созданной В в BNL в рамках проекта по регистрации солнечных нейтрино E-bubble.
этом проекте предполагается работать при низких температурах, используя плотные газы или жидкости, чтобы обеспечить образование ГЭУ электронных пузырьков. Оказалось, что максимальное усиление каскадных резко падало при температурах ниже 77 К: в He оно не превышало 60 при 2.4 - 4.2 К и В плотности 0.6 г/л (механизм этого эффекта Э обсуждался в разделе 2.5). более плотном He усиление было еще ниже. ти результаты исключают возГЭУ можность эффективного использования в двухфазном He. К счастью, Ne имеет существенное преимущество перед He, и в нем проблема падения усиления при низких температурах была решена. Было обнаружено, что Ne может образовывать пеннинговскую смесь с H2, в том числе и при низких темГЭУ пературах, в которой каскадные могли работать при высоких усилениях, свыше 104, и высоких плотностях, соответствующих плотности насыщенного Э Р пара в двухфазном Ne (~9 г/л). то иллюстрируется на ис. 10, где показана ГЭУ В усилительная характеристика трехкаскадного в смеси Ne+0.1%H2.
разделе также сделаны заключения о механизмах электронных лавин при низких температурах на основе анализа формы анодных сигналов.
Р аздел 4.4 посвящен криогенным двухфазным лавинным детекторам на ГЭУ В основе. подразделе 4.4.1 рассматриваются их принципы работы (см.
Р ис. 11): первичные электроны, рожденные в благородной жидкости ионизирующим излучением, эмитируются в газовую фазу под действием электриГЭУ ческого поля, где испытывают лавинное газовое усиление в каскадном.
В подразделе 4.4.2 описывается экспериментальная установка, созданная в Р ИЯФ для исследования двухфазных детекторов ( ис. 11). Основу установки составляла криогенная камера объемом 2.5 л, в которой над поверхностью ГЭУ В жидкости находился каскадный. настоящей работе было впервые поГЭУ казано, что каскадные могут стабильно работать в двухфазном режиме во всех тяжелых благородных газах.
В подразделах 4.4.3-4.4.6 рассматриваются усилительные, эмиссионные и амплитудные характеристики двухфазных лавинных детекторов, а также Р данные по стабильности их работы. На ис. 12 представлены усилительные ГЭУ характеристики трехкаскадного в двухфазных Ar, Kr и Xe и амплитудные спектры в двухфазном Ar при облучении рентгеновскими фотонами от 2источника Am. Наибольшие усиления, до 104, были достигнуты в Ar; амВ плитудное разрешение в нем составило 17% для энергии 60 кэ. Была также продемонстрирована стабильная работа двухфазных лавинных детекторов: в В течение нескольких часов в Kr и в течение суток в Ar. подразделе 4.4.представлены данные, характеризующие электронную эмиссию через границу раздела фаз в Ar, Kr и Xe: зависимость амплитуды сигнала от электричеВ ского поля и формы анодных сигналов. Ar наряду с быстрой компонентой электронной эмиссии наблюдалась медленная компонента с постоянной В времени, зависящей от электрического поля. Для электрического поля 1.7 к /см она составила 6.9 мкс, что хорошо согласуется с моделью термоэлектронной эмиссии с учетом понижения потенциального барьера электрическим полем (эффект Шоттки).
Рис инципы д хфа ных ла инных детекторо на осно е ГЭ с одно. 11. Пр работы ву з в в в У еменной иони ационного и сцинтилляционного сигнало ле ый вр регистрацией з в ( в рисунок и фотография кспериментальной установки для их изучения созданная в ) э, ИЯФ пра ый ( в рисунок).
Рис силение ГЭ а исимости от напряжения на одном ГЭ. 12. ных трехкаскадного У в з в У в У д хфа и ле ый мплитудные спектры анодных сигнало с Kr ву з Ar, ГЭ Xe ( в рисунок). А в трехкаскадного У в двухфазном лавинном детекторе при двух значениях лек в Ar э трического поля в жидкости и кВ см полученные при усилении п и, 0.76 1.52 /, 3700 Вр о лучении фотонами от источника имеющему линию к 2б рентгеновскими Am, 60 э.
Рис мплитудные спектры анодных сигнало с ГЭ д хфа. ла в трехкаскадного У в ации з13. А ву ном инном детекторе полученные от различных источнико иони при в в о з в еAr, счета одиночных лектроно п и лучении ней усилении 4200 - 4800: ами жиме в р э в, енр б при о лучении фото тронами и гамма квант от источника 2 - Cf, б р тгеновскими нами с нергией к В от источника дно лектронный сигнал описы ается 2 Am. О э в э 60 э кспоненциальной функцией э.
В ысокие усиления, полученные в двухфазных лавинных детекторах в Ar, позволили применить их для регистрации событий с малым выделением энергии (подраздел 4.4.7). Была продемонстрирована эффективная работа детекторов в режиме счета одиночных электронов, что особенно актуально для экспериментов по когерентному рассеянию нейтрино: начиная с усилений около 4000, одноэлектронный сигнал эффективно отделялся от шумов элекР В троники; его спектр описывался экспоненциальной функцией (см. ис. 13).
подразделе представлены также предварительные результаты по регистрации отскоков ядер, индуцированных упругим рассеянием нейтронов с выделенВ ной энергией менее 15 кэ, что актуально для экспериментов по поиску темР Р ной материи ( ис. 13). ис. 13 иллюстрирует также широкий динамический диапазон двухфазных лавинных детекторов в Ar: он составляет как минимум три порядка.
В подразделе 4.4.8 представлены первые результаты по одновременной регистрации первичного сцинтилляционного и ионизационного сигнала в двухфазном лавинном детекторе с CsI фотокатодом, нанесенным на первый ГЭУ Р Т (см. ис. 11). акой режим работы требуется для эффективного подавления фона в экспериментах по поиску темной материи и для организации ЭТ быстрого триггера на два гамма-кванта в П. При слабых электрических полях в жидкости сцинтилляционный (S1) и ионизационный (S2) сигналы отР четливо разделялись и эффективно регистрировались (см. ис. 14). При этом, амплитуда сцинтилляционного сигнала составила около 30 фотоэлектронов В для выделенной в жидкости энергии 600 кэ.
Рис средненный анодный сигнал д хфа ном ла инном детекторе с фото. 14. У в ву з в CsI гии катодом индуциро анный ета астицами со средним ыделением нер в Ar, к в б -ч в э в лектрическое поле идкости кВ см жидкости эВ Усиление 600. - 2500; э в ж - и0.25 /.
ер ый и орой сигналы о сло лены пер ичным сцинтилляционным иони аци П в вт бу в в з онным сигналом соот етст енно, в в.
Вторая асть ч работы посвящена газовым фотодетекторам с твердыми фотокатодами (ГФД); ее краткое изложение содержится в обзоре [55].
Глава 5 является введением ко второй части работы. В ней рассматриваются различные типы ГФД и их принципы работы, включая ГФД на основе ГЭУ; приведена их классификация.
В Главе 6 представлены результаты исследований по эффективным фотокатодам для газовых фотодетекторов, главным образом - по CsI фотокатоду для УФ области и сурьмяно-цезиевому (Cs-Sb) и бищелочному (K-Cs-Sb) фотокатодам для видимой области. В результате этих исследований была реш ш ена проблема получения высокоэффективных CsI фотокатодов, что на ло применения в RICH детекторах в экспериментах в CERN, BNL и GSI. Кроме того, были получены новые знания по эффектам обратного рассеяния фотоэлектронов на фотокатод и усиления фотоэлектронной эмиссии в сильном электрическом поле.
ц В разделе 6.1 дана классифика ия фотокатодов для газовых фотодетекторов. В разделе 6.2. представлены результаты по эффективным фотокатодам для УФ области спектра. В подразделе 6.2.1 дан исторический обзор исследований CsI фотокатода, который является самым эффективным УФ фотокатодом. В подразделе 6.2.2 описана экспериментальная установка, созданная в Weizmann Institute, и методики, разработанные в настоящей работе, для приготовления УФ фотокатодов и диэлектрических пленок методом термического испарения в вакууме. В частности, представлены данные по условиям нанесения различных диэлектрических пленок. Особое место занимает вопрос увеличения эффективности CsI фотокатода в результате термической обработки после нанесения на подложку; этому посвящен подраздел 6.2.3. Термическая обработка обычно осуществляется в вакууме; для нее достаточно температуры 50 - 70 С и периода времени в несколько часов. В настоящей работе термическая обработка фотокатодов была впервые изучена систематически; оказалось, что она является ключевым элементом для достижения и ц стабилиза ии высокого квантового выхода не только CsI фотокатода, но и NaI и CuI фотокатодов, причем для них этот эффект был наблюден впервые.
Э то в частности привело к существенному пересмотру квантовых выходов и значений сродства к электрону NaI и CuI фотокатодов. Таким образом, был ц сделан вывод об универсальной тенден ии в методике приготовления УФ фотокатодов. Спектры квантового выхода УФ фотокатодов в вакууме, прош ш ед их термическую обработку, показаны на Рис. 15.
Рис. 15. Спектры квантового выхода непрозрачных УФ фотокатодов в ваку-уме: сCsI, CsBr, NaI, CuI сл и и и (по е терм че кой обработк ) л а мазоподобный фотокатод.
В разделах 6.3 и 6.4 было впервые систематически изучено влияние умеренных (до 10 кВ/см) и сильных (до 500 кВ/см) электрических полей на CsI фотокатод. В случае умеренных полей, наиболее характерным свойств ГФД является эффект обратного рассеяния фотоэлектронов. Он заключается в том, ш что часть фотоэлектронов, вылетев их из фотокатода, диффундирует обратно на фотокатод в результате упругих столкновений с молекулами газа даже в присутствии электрического поля, что в общем случае приводит к уменьЭ ш ению квантового выхода в газе по сравнению с вакуумом. ффект обратного рассеяния фотоэлектронов систематически изучен в разделе 6.3. На ш Рис. 16 показано отно ение фототоков CsI фотокатода в газе и вакууме для различных газовых смесей при атмосферном давлении в зависимости от наЭ пряженности электрического поля. ффект обратного рассеяния фотоэлектронов наиболее силен в одноатомных газах, так как в них вклад упругого ш канала в рассеяние гораздо боль е, чем в молекулярных газах. Более того, были найдены молекулярные газы, в которых квантовый выход фотокатода может составлять более 90% от его значения в вакууме: к ним, прежде всего, относятся CF4 и CH4, причем эффект подавления обратного рассеяния фотоэлектронов в CF4 был наблюден впервые. Именно эти свойство оказалось одш ним из ре ающих при выборе CF4 и CH4 в качестве газов для фотодетекторов с CsI фотокатодом для черенковских детекторов экспериментов PHENIX и ALICE, соответственно.
Рис ис сс и л. 16. Левый р унок: ли эффект обратного ра еян я фотоэ ектронов на непрозрачи с л ии ный CsI фотокатод в и чных газах пр атмо ферном дав ен ; показано отношераз и ли л иси с и н е фототоков в газе вакууме на д не во ны 185 нм в зав мо т от напряженнос и л и с л ис л и т э ектр че кого по я на фотокатоде. Правый р унок: и ен е эффекта обратподав сс и л и сил си ль ного ра еян я фотоэ ектронов в реж ме газового у ен я; показан отно те ный ли л л и квантовый выход непрозрачного иCsI фотокатода на д не во ны око о 190 нм, змес сил и иси ренный методом чета фотонов, газовое у ен е в катодном с си промежутке в зав с и с и л и с л и мо т от напряженно т э ектр че кого по я на фотокатоде в ме He+5%CH4 пр Т 800 ор.
ш В настоящей работе был обнаружен еще и другой способ повы ения эффективности фотокатодов в газе, применимый к любым газам. Суть его состоит в подавлении упругого рассеяния фотоэлектронов за счет увеличения вклада неупругих каналов: это достигается переходом в режим газового усиления в промежутке, содержащим фотокатод (см. Рис. 16). Наблюдается характерное поведение квантового выхода, коррелированное с режимом работы газового промежутка: квантовый выход выходит на плато два раза - снац чала в иониза ионном режиме, затем - при переходе в режим газового усиления, причем в последнем случае эффективность фотокатода в газе равна эффективности в вакууме, т.е. эффект обратного рассеяния фотоэлектронов оказывается здесь полностью подавленным.
Раздел 6.4 посвящен эффекту усиления фотоэлектронной эмиссии из CsI в вакууме в сильных электрических полях, достигающих 500 кВ/см. В измерениях применялся проволочный фотокатод, покрытый пленкой CsI, помещенный между двумя анодными плоскостями. На Рис. 17 видно, что эффект усиления фотоэлектронной эмиссии под действием электрического поля довольно значителен и увеличивается с длинной волны: при поле 500 кВ/см ш фактор усиления составляет 3 для 185 нм и около 25 для длин волн свы е Э 200 нм. тот эффект был использован для усиления отклика CsI фотокатода ц ц электрическим полем на с интилля ии KMgF3 и BaF2 кристаллов, излучающих, соответственно, в ВУФ и УФ области. Фактор усиления отклика ш для BaF2 оказался существенно боль е, чем для KMgF3 (Рис. 17): при поле 400 кВ/см он составил 3.
Рис силь л и. 17. Эффект ного э ектр чес л си кого по я. Показаны: (a) - отно ль те ный квантовый выход непрозрачного CsI фотокатода в вакууме ли л и л на д не во ны 160, 185 бо ее 2си ль с нм; (b) - отно те ный фототок л и CsI фотокатода д я KMgF3 BaFсци илл л нт яторов, об учаемых гаммал и иси с и учам, в зав мо т от напряженс и л и с л но т э ектр че кого по я на фотокатоде.
В данной работе усиление фотоэлектронной эмиссии в сильном электрическом поле было объяснено в рамках модели, учитывающей понижение поШ ц верхностного потен иального барьера за счет эффекта оттки. Была выведена следующая формула для квантового выхода диэлектрического фотокатода в присутствии электрического поля, которая удовлетворительно описывала экспериментальные данные:
Ea 1 - e(eF)1/ 2 2.
Y = {1- [ ]1/ }2 h - Eg З ш десь F - напряженность поля; - энергия фотона; Eg - ирина заh ; прещенной зоны; Ea - сродство к электрону; = ( -1) /( +1) - радиочастотная диэлектрическая постоянная диэлектрика.
В разделе 6.5 представлены результаты по эффективным фотокатодам для видимой области спектра, а именно по сурьмяно-щелочным фотокатодам. В разделе описывается уникальная экспериментальная установка, созш данная в Weizmann Institute при ре ающем участии автора, для приготовления и изучения свойств фотокатодов для видимой области, в том числе в газовых средах, а также для нанесения защитных пленок на них (см. Рис. 18).
Е е особенностью являлось то, что фотокатод мог перемещаться внутри вакуц умной камеры между тремя пози иями: для приготовления фотокатода, для нанесения защитных пленок и для измерения квантового выхода. Кроме того, для изучения стабильности фотокатодов и защитных свойств пленок в газовых средах камера могла заполняться различными газами и парами воды в диапазоне давлений от 10-6 Тор до атмосферы. На этой установке были получены и изучены два типа сурьмяно-щелочных фотокатодов: сурьмяноц езиевый (Cs-Sb) и бищелочной (K-Cs-Sb). Их квантовый выход был довольно высок и в максимуме достигал 15% и 30%, соответственно. Фотокатоды вели себя стабильно: их эффективность не менялась при хранении как в вакууме, так и в инертной атмосфере, в частности в чистом метане.
Рис с и ль с и л и л и и и и. 18. Схема эк пер мента ной у тановк д я пр готов ен я зучен я фотокал и и л с и и с и их и л ис и тодов д я в д мой об а т нане ен я на н защ тных п енок ( евый р унок) и с и ис фотограф я у тановк (правый р унок).
В Главе 7 представлены результаты исследований по диэлектрическим нанопленкам на фотокатодах для УФ и видимой области. Эти результаты открыли новое направление в развитии газовых фотодетекторов, чувствительных в видимой области, а именно направление композиционных (т.е. состоящ щ их из разных слоев ве еств) фотокатодов. В частности, впервые удалось создать эффективные композиционные фотокатоды для видимой области, которые были стабильны в сухом воздухе. Кроме того, были получены новые щ знания по транспорту фотоэлектронов через нанопленки и их за итным свойствам.
В разделе 7.1 рассматриваются принципы композиционных фотокатодов. Суть их идеи состоит в том, что на фотокатод методом вакуумного испащ рения наносится диэлектрическая пленка тол иной всего несколько нанощ щ метров, т.е. нанопленка, которая с одной стороны, должна за и ать фотокатод от вредных примесей в газе, с другой стороны - не препятствовать фотоэлектронной эмиссии через нее, т.е. транспорту фотоэлектронов.
щ С помо ью экспериментальной установки, описанной в разделе 6.5, в разделе 7.2 был систематически изучен транспорт фотоэлектронов через диэлектрические нанопленки, причем для большинства из них впервые. Из защ висимости квантового выхода фотокатода от тол ины пленки, нанесенной на фотокатод, извлекалась длина ослабления квантового выхода. Фактически она является длиной пробега фотоэлектронов в пленке. Для CsI фотокатода щ были изучены следую ие типы нанопленок: оксиды SiO2 и Al2O3; фториды CsF, NaF, LiF и MgF2; иодид NaI; органические пленки гексатриаконтан (HTC, n-C36H74) и стеарат кальция (CaSt). Для сурьмяно-щелочных фотокатощ дов были изучены следую ие типы нанопленок: для Cs-Sb фотокатодов - CsI, NaI, CsF, SiO, HTC и CaSt; для K-Cs-Sb фотокатодов - CsBr и CsI. Их длины пробегов представлены на Рис. 19. В результате, было найдено нещ сколько типов нанопленок, имею их наибольшие длины пробегов фотоэлектронов, от 50 до 200 . К ним относятся, прежде всего, CsBr, CsI и NaI, а также органические пленки HTC и CaSt.
Рис ина с аб ния ант а аз ичн нан н а нан с нн. 19. Дл о л ле кв ового выход в р л ых опле к х, е е ых на н з ачн т ат исун и н з ачн и епро р ый CsI фо ок од (левый р ок) епро р ые Cs-Sb а K-Cs-Sb т ат а исун за исим сти т н ии нижняя а и ин фо ок оды (пр вый р ок), в в о о э ерг ( шк л ) дл ы н няя а а т на вол ы (верх шк л ) фо о.
В разделе 7.3 рассматривается активация (т.е. усиление фотоэлектронщ ной эмиссии) УФ фотокатодов нанопленками. Хорошо известно, что к ве ещ ствам, способным активировать фотокатоды, относятся елочные металлы.
щ щ В настоя ей работе было обнаружено, что к таким ве ествам можно отнести также CsF и пары воды. Было показано, что нанесение на CuI фотокатод щ щ пленки CsF тол иной всего 10 ведет к су ественному увеличению кванщ тового выхода в длинноволновой области и сме ению красной границы до 240 нм (ср. с Рис. 15). В результате, на длинах волн более 210 нм CuI фотокатод становится намного эффективнее, чем CsI, что может найти применение для считывания BaF2 сцинтиллятора, максимум излучения быстрой компоненты которого приходится как раз на эту область.
Интересно, что эффект усиления фотоэлектронной эмиссии наблюдался щ и при адсорбции молекул такого распространенного ве ества, как вода, а именно при адсорбции ее паров на поверхности щелочно-фторидных пленок LiF, NaF и CsF. Этот эффект был объяснен гипотезой уменьшения сродства к электрону пленок за счет поляризации молекул воды при адсорбции на величину U = 4nT, где n - поверхностная плотность молекул, T - усредненная компонента дипольного момента молекулы в направлении нормали к поверхности. В рамках простой модели фотоэлектронной эмиссии было измерено уменьшение сродства к электрону в результате активации парами воды: оно составило 0.4 эВ.
В разделе 7.4 рассматриваются удаляемые (т.е. временные) органические покрытия на фотокатодах для видимой области. Оказалось, что довольно толстую пленку (до 1 мкм) гексатриаконтана (HTC) можно нанести на сурьмяно-щелочной фотокатод вакуумным испарением, а затем удалить ее простым нагревом. При этом вследствие инертности пленки по отношению к фотокатоду и низкой температуры ее возгонки эффективность фотокатода остается неизменной. Этот эффект проиллюстрирован на Рис. 20. Удаляемые органические покрытия могли бы позволить переносить фотокатоды для видимой области через плохой вакуум или даже воздух, что могло бы значи- Рис т у а я м анич. 20. н и азана е ой орг еЭффек д л с ия с кой пле к ; пок эволюц пект а ант а н з ачн р кв ового выход уум р ого епро т ат а а зу Cs-Sb фо ок од в в к е в ре льтат у и нан с ния и у а ния е дв х ц клов н е е д ле на ани м сат иа нтана грев е пле ок ин р ко гек т и (HTC, n-C36H74) олщ ой 150 500 .
чительно упростить процедуру сборки как вакуумных, так газовых фотодетекторов.
щ В разделе 7.5 представлены результаты по за итным свойствам нанопщ ленок на фотокатодах для видимой области, полученные с помо ью экспериментальной установки, описанной в разделе 6.5. Оказалось, что только три щ типа нанопленок обеспечивают эффективную за иту сурьмяно-щелочных фотокатодов от кислорода; это - CsBr, CsI, и NaI. Эти же пленки, как было показано в разделе 7.2, имеют наилучшие характеристики для транспорта фощ тоэлектронов. Для эффективной за иты фотокатодов нанопленками требущ ются тол ины более 150 для NaI и более 250 для CsI и CsBr. При таких щ щ щ щ тол инах, квантовый выход за и енных фотокатодов е е достаточно высок и составляет около 5 - 7% для K-Cs-Sb и 2 - 3% для Cs-Sb, в диапазоне щ 300 - 350 нм. Наилучшей за итной способностью от кислорода для обоих типов сурьмяно-щелочных фотокатодов обладают нанопленки CsBr, а для Kщ щ Cs-Sb фотокатода - е е и CsI. Об удивительной эффективности за иты можно судить из Рис. 21. На нем показана зависимость квантового выхода KCs-Sb фотокатода, покрытого нанопленкой CsBr, от времени экспозиции в кислороде при давлении 150 Тор; даже после полутора часов экспозиции щ щ квантовый выход все е е выше 1%. Эффективная за ита сурьмянощ елочных фотокатодов от кислорода и в меньшей степени от паров воды, щ щ достигнутая с помо ью нанопленок, позволяет су ественно упростить, а в некоторых случаях и принципиально усовершенствовать различные процедуры, проводимые с фотокатодами при сборке фотодетекторов.
Рис итные свойств н ноплен. 21. Защ а CsBr а ки по отношению к кислороду показана ;
ото эволюция квантового выхода K-Cs-Sb ф катода покрытого пленкой толщиной, н р личных длин хCsBr волн в виси 280 , от аз а за а вре мости мени экспозиции в кислороде при д влении ор верхняя шк л а 150 Т ( а а).
В Главе 8 представлены результаты исследований по газовым фотодетекторам (ГФД) на основе ГЭУ. Результатом этих исследований явилось создание первых газовых фотодетекторов на основе ГЭУ с фотокатодами для УФ области, включая отпаянные ГФД, что открыло новое направление в развитии газовых фотодетекторов.
В разделе 8.1 представлены результаты по ГФД на основе ГЭУ с CsI фоВ токатодом; их принципы работы показаны на Рис. 3. ажным этапом для их разработки была оптимизация различных параметров, таких как состав газа, тип фотокатода и конфигурация каскадов ГЭУ; этому посвящен подраздел 8.1.1. Были исследованы такие характеристики, как усиление, одноэлектронные спектры, обратное рассеяние фотоэлектронов на фотокатод, фотонные и ионные обратные связи, зарядка ионным обратным током, старение фотокатода. Усилительные характеристики ГФД на основе трехкаскадного ГЭУ и полупрозрачного CsI фотокатода в чистом Ar и его смесях показаны на В Рис. 4. идно, что ГФД с CsI фотокатодом может иметь высокие усиления, до 106. Кроме того, в смеси Ar+CH4, и особенно в Ar+N2, анодный сигнал был довольно быстрым, с длительностью до 10 нс (ширина на полувысоте, ).
В ысокие усиления, достигаемые в ГФД на основе трехкаскадного ГЭУ, позволили эффективно работать в режиме счета одиночных фотонов. Из-за того, что однофотоэлектронный спектр в ГФД имеет в основном экспоненциальную форму, амплитудное разрешение в ГФД хуже, чем в ФЭУ, для малой статистики фотоэлектронов. Тем не менее, при числе фотоэлектронов порядка 10 амплитудное разрешение было достаточно высоким, около 30%, что уже близко к статистическому пределу.
Н аиболее высокие усиления в ГФД на основе ГЭУ были получены в CF - почти 107; это видно из Рис. 2. Такие высокие усиления позволили эффективно работать в режиме счета одиночных фотонов с использованием быстрых токовых усилителей, что важно для временных измерений. Работа ГФД на основе ГЭУ в CF4 имеет и другие преимущества по сравнению с другими газами: обратное рассеяние фотоэлектронов на фотокатод в нем минимально (см. раздел 6.3), а сигнал - самый быстрый (ширина на полувысоте - 8 нс);
причем в однофотоэлектронном режиме временное разрешение составило всего 2 нс. Как уже отмечалось, именно эти замечательные характеристики послужили основанием для разработки черенковского счетчика на основе ГЭУ для эксперимента PHENIX, работающего в чистом CF4.
Другим важным этапом в развитии ГФД на основе ГЭУ с CsI фотокатодом стала разработка отпаянных приборов; этому посвящен подраздел 8.1.2.
О тпаянные ГФД изготавливались методом переноса фотокатода через вакуум Н на специализированной установке, созданной в Weizmann Institute. а Рис. показан внешний вид первого отпаянного ГФД на основе ГЭУ с CsI фотокатодом, изготовленного и исследованного в настоящей работе. Этот ГФД работал на смеси Ar+5%CH4 и имел усиление свыше 105. Главным результатом этого этапа стал факт совместимости ГЭУ с техникой отпаянных приборов:
было показано, что ГЭУ выдерживает прогрев в вакууме при 200 С, а фотокатод отпаянного ГФД не портится в присутствии ГЭУ.
З авершает главу раздел 8.2, в котором описываются вторичные процессы, наблюдаемые в ГФД на основе ГЭУ с CsI фотокатодом. К ним относятся эффекты, вызванные фотонной обратной связью, ионной обратной связью, зарядкой диэлектрических поверхностей ионным обратным током и старением фотокатода в условиях газового усиления (см. Рис. 3).
В Заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.
Рис ий ид с. 22. Внешн в первого отпаянного ГФД на о с д с нове четырехка ка ного ГЭУ полупрозрачным CsI ф д отокато ом.
Основные езультаты ссе тац опубл ованы в сле ующ а р ди р ии ик д их р бота х:
1. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R.., et al. Electric field effects on CsI quantum efficiency in gas media // NIM. 1994. V.A344. P.537-546.
2. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., Vartsky D. Field enhanced response of a CsI photocathode to BaF2 and KMgF3 scintillation // NIM. 1994. V.A350. P.406-408.
3. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Field enhancement of photoelectric and secondary electron emission from CsI // J. of Appl. Phys. 1995. V.77. P.2138-2145.
4. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R. New ideas in CsI-based photon detectors:
wire photomultipliers and protection of photocathodes // IEEE Trans.Nucl.Sci. 1995. V.42.
P.298-305.
5. Berger H., Besson P., Bourgeois Ph., Е, Buzulutskov A., et al. Recent results on the properties of CsI photocathodes // NIM. 1995. V.A360. P.411-415.
6. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Heat enhancement of the photoyield from CsI, NaI and CuI photocathodes // NIM. 1995. V. A366. P. 410-412.
7. Almeida J., Amadon A., Besson P., Е, Buzulutskov A., et al. Review of the development of Cesium Iodide photocathodes for application to large RICH detectors // NIM.
1995. V.A367. P.332-336.
8. Almeida J., Braem A., Breskin A., Е, Buzulutskov A., et al. Microanalysis surface studies and photoemission properties of CsI photocathodes // NIM. 1995. V. A367. P. 337341.
9. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. Field-dependent photoelectron extraction from CsI in different gases // NIM. 1995. V.A367. P.342-346.
10. Di Mauro A., Nappi E., Posa F., Е, Buzulutskov A., et al. Photoelectron backscattering effects in photoemission from CsI into gas media // NIM. 1996. V.A371. P.137142.
11. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., Vavra J. Study of photocathode protection with thin dielectric films // NIM. 1996. V. A371. P. 147-150.
12. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Photoemission from CsI/LiF and CsI/NaF films enhanced by exposure to water vapour // NIM. 1996. V. A372. P. 572-574.
13. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R.., et al. Evidence for thin-film protection of visible photocathodes // Appl. Phys. Lett. 1996. V.69. P.1008-1010.
14. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Photoemission through thin dielectric coating films // J. of Appl. Phys. 1997. V.81. P.466-479.
15. Vavra J., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Study of CsI photocathodes: volume resistivity and ageing // NIM. 1997. V.A387. P.154-162.
16. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., et al. Protection of cesium-antimony photocathodes // NIM. 1997. V.A387. P.176-179.
17. Bondar A., Buzulutskov A., Nagaslaev V., et al. A semiconducting AlN coating for microstrip gas chambers // NIM. 1997. V. A394. P. 265-267.
18. Buzulutskov A., Shefer E., Breskin A., et al. The protection of K-Cs-Sb photocathodes with CsBr films // NIM. 1997. V.A400, P.173-176.
19. Buzulutskov A., Bondar A., Mironenko L., et al. Study of AlN coatings for microstrip gas chambers // NIM. 1998. V.A409. V.33-36.
20. Shefer E., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Laboratory production of efficient alkali-antimonide photocathodes // NIM. 1998. V. A411. P. 383-388.
21. Breskin A., Buzulutskov A., Shefer E., et al. Removable organic protective coating for alkali-antimonide photocathodes // NIM. 1998. V.A413. P.275-280.
22. Shefer E., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Composite photocathodes for visible photon imaging with gaseous photomultipliers // NIM. 1998. V.A419. P.612-616.
23. Bondar A., Buzulutskov A., Sauli F., Shekhtman L. High- and low-pressure operation of the gas electron multiplier // NIM. 1998. V.A419. P.418.
24. Buzulutskov A., Breskin A., Shefer E., et al. Organic protective coatings for alkaliantimonide photocathodes // New Detectors. C. Williams and T. Ypsilantis (Eds.). Singapore. World Scientific. 1999. P.195-202.
25. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., Garty G., Shefer E. Prospects with gaseous imaging detectors for UV and visible photons // New Detectors. C. Williams and T.
Ypsilantis (Eds.). Singapore. World Scientific. 1999. P.203-212.
26. Bressan A., Buzulutskov A., Ropelewski L., et al. High gain operation of GEM in pure argon // NIM. 1999. V.A423. P.119-124.
27. Bressan A., Hoch M., Pagano P., Е, Buzulutskov A., et al. High rate behavior and discharge limits in micro-pattern detectors // NIM. 1999. V.A424. P.321-342.
28. Buzulutskov A., Shekhtman L., Bressan A., et al. GEM operation in pure noble gases and the avalanche confinement // NIM. 1999. V.A433. P.471-475.
29. Shefer E., Breskin A, Chechik R., Buzulutskov A., et al. Coated photocathodes for visible photon imaging with gaseous photomultipliers // NIM. 1999. V.A433. P.502-506.
30. Breskin A., Boutboul T., Buzulutskov A., et al. Advances in gas avalanche photomultipliers // NIM. 2000. V.A442. P.58-67.
31. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., et al. Further studies of the GEM photomultiplier // NIM. 2000. V.A442. P.68-73.
32. Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., et al. The GEM photomultiplier operated with noble gas mixtures // NIM. 2000. V.A443. P.164-180.
33. Bachmann S., Bressan A., Ketzer B., Е, Buzulutskov A. et al. Performance of GEM detectors in high intensity particle beams // NIM. 2001. V.A470. P.548-561.
34. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. Sealed gas UV-photon detector with a multi-GEM multiplier // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2001. V.48. P.417.
35. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. Sealed GEM photomultiplier with a CsI photocathode: ion feedback and ageing // Nucl.Instrum. and Methods. 2002. V.A478.
P.225.
36. Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L. High pressure operation of the tripleGEM detector in pure Ne, Ar and Xe // NIM. V.A481. P.200-203.
37. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R. GEM photomultiplier operation in CF4 // NIM. 2002. V.A483. P.670-675.
38. Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., et al. Triple GEM operation in compressed He and Kr // NIM. 2002. V.A493. P.8-15.
39. Buzulutskov A. Physics of multi-GEM structures // NIM. 2002. V.A494. P.148155.
40. Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., Vasiljev A. Study of ion feedback in multi-GEM structures // NIM. 2003. V.A496. P.325-332.
41. Chechik R., Balcerzyk M., Breskin A., Buzulutskov A. et al. Progress in GEMbased gaseous photomultipliers // NIM. 2003. V.A502. P.195-199.
42. Mormann D., Balcerzyk M., Breskin A.,..., Buzulutskov A. GEM-based gaseous photomultipliers for UV and visible photon imaging // NIM. 2003. V.A504. P.93-98.
43. Aulchenko V., Bondar A., Buzulutskov A., et al. Further studies of GEM performance in dense noble gases // NIM. 2003. V.A513. P.256-259.
44. Buzulutskov A., Bondar A., Shekhtman L., et al. First results from cryogenic avalanche detectors based on gas electron multipliers // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2003. V.50.
P.2491-2493.
45. Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., et al. Cryogenic avalanche detectors based on gas electron multipliers // NIM. 2004. V.A524. P.130-141.
46. Bondar A., Buzulutskov A., Pavluchenko D., et al. Further studies of GEM performance at cryogenic temperatures // NIM. 2004. V.A535. P.299-302.
47. Bondar A., Buzulutskov A., Pavluchenko D., et al. Further studies of two-phase krypton detectors based on Gas Electron Multipliers // NIM. 2005. V.A548. P.439-445.
48. Buzulutskov A., Dodd J., Galea R., et al. GEM operation in helium and neon at low temperatures // NIM. 2005. V.A548. P.487-498.
49. Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. Two-phase argon and xenon avalanche detectors based on Gas Electron Multipliers // NIM. 2006. V.A556. P.273-280.
50. Galea R., Dodd J., Ju Y., Е, Buzulutskov A. et al. Gas Purity Effect on GEM Performance in He and Ne at Low Temperatures // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2006. V.53. P.22602263.
51. Buzulutskov A., Bondar A. Electric and Photoelectric Gates for ion feedback suppression in multi-GEM structures // Journal of Instrumentation. 2006. V.1. P08006. P.1-16.
52. Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. A two-phase argon avalanche detector operated in a single electron counting mode // NIM. 2007. V.A574. P.493-499.
53. Бузулуцков А.Ф. Детекторы излучений на основе газовых электронных умножителей (обзор) // Приб. и техн. экспер. 2007. N. 3. С. 5-30. Instr. and Exp. Tech.
2007. V.50. P.287-310.
54. Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. First results of the two-phase argon avalanche detector performance with CsI photocathode // NIM. 2007. V.A581. P.241245.
А Газовые фотодетекторы твердыми фотокатодами обзор с 55. Бузулуцков.Ф. ( ) // Физ ем аст и атом дра ып. эл. ч.. я (ЭЧАЯ). 2008. Т. 39. В. 3. С. 813-869. Phys. of Part.
and Nucl. 2008. V.39. No.3. P.424Ц453.
А Физические каскадных газовых электронных основы работы 56. Бузулуцков.Ф.
умножителей зор естник НГУ ерия физическая (об ) // В. С. 2008. Вып. 3.
57. Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. Thick GEM versus thin GEM in two-phase argon avalanche detectors // Journal of Instrumentation. 2008. V.3. P07001. P.121.
58. Breskin A., Chechik R., Buzulutskov A. Protection of photocathodes with thin film of cesium bromide // World Intellectual Property Organization (WIPO) Patent No.
WO9850934, Nov 12, 1998. European Patent No. EP0980580, Feb 23, 2000. United States Patent No. 6,531,816, Mar 11, 2003.
59. Di Mauro A., Е, Buzulutskov A., et al. CERN RD-26 Annual Status Report, Development of Large Area Advanced Fast RICH Detectors for Particle Indentification at the LHC Operated with Heavy Ions // Report CERN/DRDC/94-49. 21 Dec. 1994.
60. Di Mauro A., Е, Buzulutskov A., et al. CERN RD-26 Annual Status Report, Development of Large Area Advanced Fast RICH Detectors for Particle Indentification at the LHC Operated with Heavy Ions // Report CERN/LHCC 96-20. Feb. 1996.
61. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., Shefer E. Towards gaseous detectors for visible photons // ICFA Instrumentation Bulletin. Spring 1996 Issue. P.29-34. (Preprint SLAC-PUB-7175, 1996.) 62. Shefer E., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Towards gaseous imaging photomultipliers for visible light // Proceedings of the Int. Europhysics Conference on High Energy Physics, Aug. 1997 (ed. Lellouch, Mikenberg and Rabinovici). Springer. 1998. P.10811085.
63. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. The CsI multi-GEM photomultiplier // Proceedings of the Int. Workshop on Micropattern Detectors. Orsay, France. June 28-30, 1999. P.107-110.
64. Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. On some effects in multi-GEM structures // Proceedings of the Int. Workshop on Micropattern Detectors. Orsay, France.
June 28-30, 1999. P.139-142.
65. Killenberg M., Е, Buzulutskov A., et al. LC TPC R & D: a proposal to the DESY PRC, by LC TPC Group // Preprint DESY-PRC-RD-01-03, 2001.
66. Killenberg M., Е, Buzulutskov A., et al. A TPC for a future linear collider // Preprint LC-DET-2002-008, 2002.
67. Tsyganov E., Buzulutskov A., Antich P., et al. Triple GEM Structure for Medical Imaging // IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, Norfolk, VA, USA. 10-16 Nov. 2002. Conference Record. V.2. P.1163-1166.
68. Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., Vasiljev A. Triple-GEM performance in He-based mixtures // Eprint 2006. Presented at Int.
Conf. on Linear Colliders. Paris, April 19-23, 2004.
итература 69. Sauli F. Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers // In:
Experimental Techniques in High Energy Physics, Edited by T. Ferbel. Reading, MA: Addison-Wesley, 1987. Preprint CERN 77-09, 1977.
70. Sauli F., Sharma A. Micro-pattern gaseous detectors // Annual Review of Nuclear Particle Science. 1999. V. 49. P. 341.
71. Sauli F. A new concept for electron amplification in gas detectors // NIM. 1997.
V.A386. P.531.
72. R & D Proposal. Development of Micro-Pattern Gas Detectors Technologies.
Eds. M. Alfonsi et al. Preprint RD51 2008-001, 2008.
73. Ketzer B., Weitzel Q., Paul S., et al. Performance of triple-GEM tracking detectors in the COMPASS experiment // NIM. 2004. V.A535. P.314.
74. Aulchenko V. M., Bondar A. E., Buzulutskov A. F., et al. Upgrade of the KEDR tagging system // NIM. 2002. V.A494. P.241.
75. Lami S., Latino G., Oliveri E., et al. A triple-GEM telescope for the TOTEM experiment // Eprint 2006.
76. Alfonsi M., Bencivenni G., Bonivento W., et al. Fast triggering of high-rate charged particles with a triple-GEM detector // NIM. 2004. V.A535. P.319.
77. TPC R&D for an ILC Detector: Status Report from the ILC-TPC groups // Proposal PRC R&D-01/03 of the DESY Physics Review Committee. 2006. Интернет адрес
78. Margato L.M.S., Fraga F.A.F., Fetal S.T.G., et al. Performance of an optical readout GEM-based TPC // NIM. 2004. V. A535. P. 231.
79. Fraga F.A.F., Margato L.M.S., Fetal S.T.G., et al. CCD readout of GEM-based neutron detectors // NIM. 2002. V.A478. P.357.
80. Aulchenko V.M., Bukin M.A., Grebenkin S.S., et al. A new one-coordinate gaseous detector for WAXS experiments (OD4) // NIM. 2007. V.A575. P.251.
81. J.L. Ju, J. Dodd, R. Galea et al. Cryogenic design and operation of liquid helium in an electron bubble chamber towards low energy solar neutrino detectors // Cryogenics.
2007. V.47. P.81.
82. Ereditato A., Rubbia A. The liquid Argon TPC: a powerful detector for future neutrino experiments and proton decay searches // Eprint
2005.
83. Rubbia A. ArDM: a ton-scale liquid Argon experiment for direct detection of Dark Matter in the Universe // J. of Phys. Conf. Ser. 2006. V. 39. P.129.
84. Gai M., Alon R., Breskin A., et al. Toward Application of a Thick Gas Electron Multiplier (THGEM) Readout for a Dark Matter Detector // Eprint arxiv:0706.1106. 2007.
85. Barbeau P., Collar J.I., Miyamoto J., Shipsey I. Towards Coherent Neutrino Detection Using Low-Background Micropattern Gas Detectors // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2003.
V.50. P.1285.
86. Hagmann C., Bernstein A. Two-Phase Emission Detector for Measuring Coherent Neutrino-Nucleus Scattering // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2004. V.51. P.2151.
87. Fraenkel Z., Kozlov A., Naglis M., et al. A hadron blind detector for the PHENIX experiment at RHIC // NIM. 2005 V.A546. P.466.
88. Aprile E., Giboni K.L., Kamat S., et al. The XENON dark matter search: status of XENON10 // J. of Phys. Conf. Ser. 2006. V.39. P.107.