基于位置灵敏探测器的电子学系统的研制

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在空间探测和中子打靶实验中都需要探测带电粒子的入射位置信息和能量信息,根据位置灵敏探测器的特性,本文研制了位置灵敏硅探测器的电子学读出系统,对探测器的位置分辨和能量分辨能力进行了初步测试,并采用蒙特卡罗方法模拟了探测器厚度、面积和入射电子能量、角度四个因素对位置灵敏探测器位置分辨的影响。主要内容包括:位置灵敏探测器的结构及原理、前置放大电路的设计、电路仿真、PCB电路板设计与测试、采集系统的调试、探测器位置性能测试,仿真模拟了探测器厚度、探测器面积、带电粒子入射能量、入射角度对探测器位置分辨的影响。探测器的电子学读出系统即放大电路系统和采集系统是决定探测器探测结果好坏的重要影响因素,在对探测器小信号放大和信号采集方面具有重要作用。本文设计的探测器电子学读出系统初步满足实验需求。经过测试,通过电子学读出系统可以成功读出241Am发散出的α粒子击打在位置灵敏探测器上产生的电信号,并且初步测得探测器在x轴和y轴的位置分辨有效率分别约为83%和76%,能量分辨率约为4.5%。采用FLUKA模拟软件,以电子为研究对象,分析了电子入射能量、方向和探测器的厚度、灵敏面积等因素对位置灵敏硅探测器位置分辨的影响。仿真结果显示:随着入射电子能量的增加,探测器的位置分辨率先变差后逐渐变好;当电子能量全部被探测器吸收时,不同厚度的探测器位置分辨能力基本一致,探测器不能完全吸收电子能量时,厚度较大的探测器位置分辨相对较差;当探测器的面积有限,电子从探测器的侧面逃逸时,探测器对电子的探测位置会在集中在入射点和逃逸侧面之间,影响位置分辨能力;电子入射角度(045°)入射1mm厚度探测器时,探测到的电子入射位置会沿着入射方向发生偏移,从而降低了探测器的位置分辨能力。
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