가스 전자 증배기

가스전자증배기(GEM)는 핵 및 입자물리학 및 방사선 검출에 사용되는 가스 이온화 검출기의 일종이다.

모든 가스 이온화 검출기는 이온화 방사선에 의해 방출된 전자를 모아 큰 전계를 가진 영역으로 유도하고, 이에 따라 전자 눈사태를 일으킬 수 있다.눈사태는 전류를 생성하거나 전자제품에 의해 감지될 만큼 큰 전하를 만들기에 충분한 전자를 생산할 수 있다.대부분의 이온화 검출기에서 큰 장은 양의 고전압 전위를 가진 얇은 와이어에서 나옵니다. 이 얇은 와이어는 눈사태에서 전자를 수집하여 판독 전자 장치로 유도합니다.GEM은 얇은 폴리머 시트의 작은 구멍에 큰 전기장을 생성합니다.눈사태는 이 구멍 안에서 발생합니다.생성된 전자는 시트에서 배출되며, 별도의 시스템을 사용하여 전자를 수집하여 판독값으로 유도해야 합니다.

GEM은 마이크로패턴 가스 검출기 등급 중 하나로 마이크로크롬 가스 및 기타 기술을 포함한다.

역사

GEM은 물리학자 Fabio Sauli에 ^[2]의해 CERN의 가스 검출기 개발 그룹에서^[1] 1997년에 발명되었습니다.

작동

일반적인 GEM은 50~70마이크로미터 두께의 카프톤 호일을 양쪽에 구리로 피복하여 구성합니다.포토 리소그래피 및 산 식각 공정은 두 구리 층에 30~50마이크로미터 직경의 구멍을 만듭니다.두 번째 식각 공정은 이러한 구멍을 카프톤까지 확장합니다.작은 구멍은 매우 규칙적이고 치수적으로 안정되게 만들 수 있습니다.작동을 위해 150~400V의 전압이 2개의 구리층에 걸쳐 배치되어 구멍에 큰 전장이 형성됩니다.이러한 조건 하에서 적절한 가스가 존재하는 경우, 구멍에 들어가는 단일 전자는 100-1000개의 전자를 포함하는 눈사태를 일으킨다. 이것이 GEM의 "이득"이다.전자는 GEM의 후면에서 나오기 때문에 첫 번째 GEM 뒤에 배치된 두 번째 GEM은 추가적인 증폭 단계를 제공합니다.많은 실험에서 100만 이상의 이득을 얻기 위해 이중 또는 삼중 GEM 스택을 사용합니다.

와이어 챔버의 작동에는 일반적으로 하나의 전압 설정만 관련되었습니다. 와이어의 전압은 드리프트 필드와 증폭 필드를 모두 제공합니다.GEM 기반 검출기에는 이온화 지점에서 GEM으로 전자를 유도하는 드리프트 전압, 증폭 전압 및 GEM 출구에서 판독 평면으로 전자를 유도하는 추출/전송 전압 등 몇 가지 독립된 전압 설정이 필요합니다.드리프트 영역이 큰 검출기는 시간 투영 챔버로서 동작할 수 있으며 드리프트 영역이 작은 검출기는 단순한 비례 카운터로서 동작한다.

GEM 챔버는 평평한 평면에 배치된 단순한 도전성 스트립으로 판독할 수 있습니다. 판독 평면은 GEM 자체와 마찬가지로 일반 회로 기판 재료에 일반적인 리소그래피 기술로 제작할 수 있습니다.판독 스트립은 증폭 프로세스에 관여하지 않기 때문에 어떤 형태로든 만들 수 있습니다. 2-D 스트립과 그리드, 육각형 패드, 반지름/방위 세그먼트 및 기타 판독 지오메트리가 가능합니다.

사용하다

GEM은 많은 종류의 입자 물리학 실험에 사용되어 왔다.주목할 만한 초기 사용자 중 하나는 CERN의 CAMP 실험입니다. GEM 기반 가스 검출기는 국제 선형 충돌기, 상대론적 중이온 충돌기에서의 STAR 실험 및 PHENIX 실험 등의 부품에 대해 제안되었습니다.멀티와이어 비례 챔버에 비해 GEM의 장점은 다음과 같습니다.대면적 GEM은 원칙적으로 대량 생산이 가능한 반면 와이어 챔버는 노동 집약적이고 오류가 발생하기 쉬운 조립을 필요로 합니다.GEM과 판독 패드를 위한 유연한 기하학적 구조, 그리고 전계의 원천이었던 양이온의 억제입니다.높은 속도로 작동하는 시간 투영 챔버의 왜곡.불균일성과 단락을 포함한 많은 제조상의 어려움이 초기 GEM을 괴롭혔지만, 이러한 어려움들은 대부분 해결되었습니다.

레퍼런스