大亚湾中微子实验RPC 裸室的宇宙线测试

2010 年 8 月 14 日

中国科学院高能物理研究所

宁哲

ldquo rdquo中国科学院 核探测技术与核电子学 重点实验室

Mail ningzheihepaccn

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

大 纲

本报告代表 MUC 课题组张家文研究员马烈华博士陈进高级工程师等的工作

1 研究背景介绍① 大亚湾中微子实验② RPC 构成的反符合探测器③ RPC 工作原理介绍④ BESⅢ-RPC 介绍⑤ DYB-RPC 介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

大亚湾实验是由中国主导的大型基础科学国际合作项目

大亚湾实验是在大亚湾核电站群附近通过探测其核裂变过程中发射出的电子反中微子的消失来精确

测量中微子的混合角之一 θ13

大亚湾核反应堆群是世界上最强的中微子源之一并且紧邻高山为建造地下实验室以屏蔽宇宙线导致的本底提供了得天独厚的条件

大亚湾实验是目前世界上设计精度最高的中微子实验

23422

① 大亚湾中微子实验httpdyb3ihepaccn

1 研究背景介绍① 大亚湾中微子实验② RPC 构成的反符合探测器③ RPC 工作原理介绍④ BESⅢ-RPC 介绍⑤ DYB-RPC 介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

大亚湾实验是由中国主导的大型基础科学国际合作项目

大亚湾实验是在大亚湾核电站群附近通过探测其核裂变过程中发射出的电子反中微子的消失来精确

测量中微子的混合角之一 θ13

大亚湾核反应堆群是世界上最强的中微子源之一并且紧邻高山为建造地下实验室以屏蔽宇宙线导致的本底提供了得天独厚的条件

大亚湾实验是目前世界上设计精度最高的中微子实验

23422

① 大亚湾中微子实验httpdyb3ihepaccn

大亚湾实验是由中国主导的大型基础科学国际合作项目

大亚湾实验是在大亚湾核电站群附近通过探测其核裂变过程中发射出的电子反中微子的消失来精确

测量中微子的混合角之一 θ13

大亚湾核反应堆群是世界上最强的中微子源之一并且紧邻高山为建造地下实验室以屏蔽宇宙线导致的本底提供了得天独厚的条件

大亚湾实验是目前世界上设计精度最高的中微子实验

23422

① 大亚湾中微子实验httpdyb3ihepaccn

② RPC 构成的反符合探测器

1048697 反中微子探测器（中心探测器）

1048697 反符合探测器（扣除本底）10486971048697

1048697 RPC 探测器组装成模块覆盖每个水池 AD 共需 1600 个 RPC 探测器

bull 两层水切伦科夫探测器bull 顶层 RPC 探测器bull 总效率 gt (995plusmn025)

平行板电离室脉冲信号产生原理

BES RPCⅢ 阻性板材料酚醛树脂 VS 玻璃电木

工作气体 Ar C2H2F4 Iso-Butane ＝ 50 42 08 工作模式流光模式 VS 雪崩模式

气体探测器对 α 粒子和电子的气体增益随高压变化趋势

BES RPCⅢ 探测器结构示意图

③ RPC 探测器原理

RPC 典型的脉冲信号 RPC 典型的效率坪曲线

④ BES Ⅲ-RPC 介绍

BES MUCⅢ 探测器几何外形RPC 超层模块几何结构

石墨层

垫片

⑤ DYB-RPC 介绍 大亚湾有 3 个实验点每个实验点都需要 RPC模块覆盖在上方

一个 RPC模块由 4 层共 8 块 RPC组装而成目的是为了提高探测效率降低噪声

大亚湾 RPC探测器的尺寸约 1m2m模块的尺寸约2m2m

整个大亚湾实验一共需要 189个 RPC模块 1500多个RPC探测器

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

① RPC 体电阻率② RPC 探测效率③ RPC 气体比分④ RPC training

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

实验测得的不同温度下的体电阻率换算关系

ρ20 = 10ndash006(20-t) ρt

其中 ρt 是 t 温度下的体电阻率不同温度下

所测的值须统一换算到 20 度室温

体电阻率 VS 温度

RPC的性能好坏主要取决于阻性板而体电阻率是阻性板的一个重要技术指标

阻性板的体电阻率过大在一定的高压下气隙层的电场强度不能保证在高计数率状态下电场恢复时间变长使得探测器效率降低

体电阻率太小会使探测器的单计数率与暗电流上升影响探测器的寿命

阻性板的体电阻率与温度呈指数相关温度每上升约 5 度体电阻率将降低 50

① RPC 体电阻率

② RPC 探测效率 高压对探测效率的影响 阈值对效率的影响

高阻率 RPC 合适阻率的 RPC

ρ =1 1013 Ωcm

ρ =11012 Ωcm

RPC 探测效率 VS 高压

体电阻率选取合适 RPC 的探测效率一般能达到 95 以上最高可以达到 98体电阻率范围在 05-251012Ωcm 时 RPC 的性能良好而稳定

③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

The End

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• Slide 21

平行板电离室脉冲信号产生原理

BES RPCⅢ 阻性板材料酚醛树脂 VS 玻璃电木

工作气体 Ar C2H2F4 Iso-Butane ＝ 50 42 08 工作模式流光模式 VS 雪崩模式

气体探测器对 α 粒子和电子的气体增益随高压变化趋势

BES RPCⅢ 探测器结构示意图

③ RPC 探测器原理

RPC 典型的脉冲信号 RPC 典型的效率坪曲线

④ BES Ⅲ-RPC 介绍

BES MUCⅢ 探测器几何外形RPC 超层模块几何结构

石墨层

垫片

⑤ DYB-RPC 介绍 大亚湾有 3 个实验点每个实验点都需要 RPC模块覆盖在上方

一个 RPC模块由 4 层共 8 块 RPC组装而成目的是为了提高探测效率降低噪声

大亚湾 RPC探测器的尺寸约 1m2m模块的尺寸约2m2m

整个大亚湾实验一共需要 189个 RPC模块 1500多个RPC探测器

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

① RPC 体电阻率② RPC 探测效率③ RPC 气体比分④ RPC training

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

实验测得的不同温度下的体电阻率换算关系

ρ20 = 10ndash006(20-t) ρt

其中 ρt 是 t 温度下的体电阻率不同温度下

所测的值须统一换算到 20 度室温

体电阻率 VS 温度

RPC的性能好坏主要取决于阻性板而体电阻率是阻性板的一个重要技术指标

阻性板的体电阻率过大在一定的高压下气隙层的电场强度不能保证在高计数率状态下电场恢复时间变长使得探测器效率降低

体电阻率太小会使探测器的单计数率与暗电流上升影响探测器的寿命

阻性板的体电阻率与温度呈指数相关温度每上升约 5 度体电阻率将降低 50

① RPC 体电阻率

② RPC 探测效率 高压对探测效率的影响 阈值对效率的影响

高阻率 RPC 合适阻率的 RPC

ρ =1 1013 Ωcm

ρ =11012 Ωcm

RPC 探测效率 VS 高压

体电阻率选取合适 RPC 的探测效率一般能达到 95 以上最高可以达到 98体电阻率范围在 05-251012Ωcm 时 RPC 的性能良好而稳定

③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

The End

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④ BES Ⅲ-RPC 介绍

BES MUCⅢ 探测器几何外形RPC 超层模块几何结构

石墨层

垫片

⑤ DYB-RPC 介绍 大亚湾有 3 个实验点每个实验点都需要 RPC模块覆盖在上方

一个 RPC模块由 4 层共 8 块 RPC组装而成目的是为了提高探测效率降低噪声

大亚湾 RPC探测器的尺寸约 1m2m模块的尺寸约2m2m

整个大亚湾实验一共需要 189个 RPC模块 1500多个RPC探测器

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

① RPC 体电阻率② RPC 探测效率③ RPC 气体比分④ RPC training

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

实验测得的不同温度下的体电阻率换算关系

ρ20 = 10ndash006(20-t) ρt

其中 ρt 是 t 温度下的体电阻率不同温度下

所测的值须统一换算到 20 度室温

体电阻率 VS 温度

RPC的性能好坏主要取决于阻性板而体电阻率是阻性板的一个重要技术指标

阻性板的体电阻率过大在一定的高压下气隙层的电场强度不能保证在高计数率状态下电场恢复时间变长使得探测器效率降低

体电阻率太小会使探测器的单计数率与暗电流上升影响探测器的寿命

阻性板的体电阻率与温度呈指数相关温度每上升约 5 度体电阻率将降低 50

① RPC 体电阻率

② RPC 探测效率 高压对探测效率的影响 阈值对效率的影响

高阻率 RPC 合适阻率的 RPC

ρ =1 1013 Ωcm

ρ =11012 Ωcm

RPC 探测效率 VS 高压

体电阻率选取合适 RPC 的探测效率一般能达到 95 以上最高可以达到 98体电阻率范围在 05-251012Ωcm 时 RPC 的性能良好而稳定

③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

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⑤ DYB-RPC 介绍 大亚湾有 3 个实验点每个实验点都需要 RPC模块覆盖在上方

一个 RPC模块由 4 层共 8 块 RPC组装而成目的是为了提高探测效率降低噪声

大亚湾 RPC探测器的尺寸约 1m2m模块的尺寸约2m2m

整个大亚湾实验一共需要 189个 RPC模块 1500多个RPC探测器

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

① RPC 体电阻率② RPC 探测效率③ RPC 气体比分④ RPC training

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

实验测得的不同温度下的体电阻率换算关系

ρ20 = 10ndash006(20-t) ρt

其中 ρt 是 t 温度下的体电阻率不同温度下

所测的值须统一换算到 20 度室温

体电阻率 VS 温度

RPC的性能好坏主要取决于阻性板而体电阻率是阻性板的一个重要技术指标

阻性板的体电阻率过大在一定的高压下气隙层的电场强度不能保证在高计数率状态下电场恢复时间变长使得探测器效率降低

体电阻率太小会使探测器的单计数率与暗电流上升影响探测器的寿命

阻性板的体电阻率与温度呈指数相关温度每上升约 5 度体电阻率将降低 50

① RPC 体电阻率

② RPC 探测效率 高压对探测效率的影响 阈值对效率的影响

高阻率 RPC 合适阻率的 RPC

ρ =1 1013 Ωcm

ρ =11012 Ωcm

RPC 探测效率 VS 高压

体电阻率选取合适 RPC 的探测效率一般能达到 95 以上最高可以达到 98体电阻率范围在 05-251012Ωcm 时 RPC 的性能良好而稳定

③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

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1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

① RPC 体电阻率② RPC 探测效率③ RPC 气体比分④ RPC training

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

实验测得的不同温度下的体电阻率换算关系

ρ20 = 10ndash006(20-t) ρt

其中 ρt 是 t 温度下的体电阻率不同温度下

所测的值须统一换算到 20 度室温

体电阻率 VS 温度

RPC的性能好坏主要取决于阻性板而体电阻率是阻性板的一个重要技术指标

阻性板的体电阻率过大在一定的高压下气隙层的电场强度不能保证在高计数率状态下电场恢复时间变长使得探测器效率降低

体电阻率太小会使探测器的单计数率与暗电流上升影响探测器的寿命

阻性板的体电阻率与温度呈指数相关温度每上升约 5 度体电阻率将降低 50

① RPC 体电阻率

② RPC 探测效率 高压对探测效率的影响 阈值对效率的影响

高阻率 RPC 合适阻率的 RPC

ρ =1 1013 Ωcm

ρ =11012 Ωcm

RPC 探测效率 VS 高压

体电阻率选取合适 RPC 的探测效率一般能达到 95 以上最高可以达到 98体电阻率范围在 05-251012Ωcm 时 RPC 的性能良好而稳定

③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

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实验测得的不同温度下的体电阻率换算关系

ρ20 = 10ndash006(20-t) ρt

其中 ρt 是 t 温度下的体电阻率不同温度下

所测的值须统一换算到 20 度室温

体电阻率 VS 温度

RPC的性能好坏主要取决于阻性板而体电阻率是阻性板的一个重要技术指标

阻性板的体电阻率过大在一定的高压下气隙层的电场强度不能保证在高计数率状态下电场恢复时间变长使得探测器效率降低

体电阻率太小会使探测器的单计数率与暗电流上升影响探测器的寿命

阻性板的体电阻率与温度呈指数相关温度每上升约 5 度体电阻率将降低 50

① RPC 体电阻率

② RPC 探测效率 高压对探测效率的影响 阈值对效率的影响

高阻率 RPC 合适阻率的 RPC

ρ =1 1013 Ωcm

ρ =11012 Ωcm

RPC 探测效率 VS 高压

体电阻率选取合适 RPC 的探测效率一般能达到 95 以上最高可以达到 98体电阻率范围在 05-251012Ωcm 时 RPC 的性能良好而稳定

③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

The End

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• Slide 21

② RPC 探测效率 高压对探测效率的影响 阈值对效率的影响

高阻率 RPC 合适阻率的 RPC

ρ =1 1013 Ωcm

ρ =11012 Ωcm

RPC 探测效率 VS 高压

体电阻率选取合适 RPC 的探测效率一般能达到 95 以上最高可以达到 98体电阻率范围在 05-251012Ωcm 时 RPC 的性能良好而稳定

③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

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③ RPC 气体比分Ar 固定为 65 Isobutane 从 1 改变到 6 时的曲线研究表明可以降低异丁烷的含量

效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线

ArR134aIsobutane = 75214 时 SF6 的影响

只要在混合气体中加入 025 以上的 SF6 即可以有效地发挥淬灭作用加 05 SF6 情况下 RPC 的效率保持不变单计数率和暗电流则压低到原来的 23 和 12 使 RPC 拥有了更好的性能

④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

为了严格控制 RPC探测器的裸室质量设计和建立了一套成本低操作方便的裸室效率测量系统

目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

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④ RPC training新的 RPC 内表面毛刺和灰尘导致性能很差通 Ar 气 training 有助于在较短的时间内提升 RPC性能 Training 高压 lt10 kV 电流 lt1 mA 平均 training 时间 53h 此时 RPC 电流已趋于稳定

二次 training 前后 RPC 效率单计数率和暗电流曲线的比较

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

4 总结

① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

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2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

① 测试系统② 数据监测数据库③ 典型性能④ 质量控制

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① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

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目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

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① 测试系统

望远镜系统（塑料闪烁体 +PMT ）

高压系统 (CEAN SY127)

气体系统 (MKS Flow Controller)

电子学系统 (NIM + CAMAC)

数据获取系统 (Linux 平台的计算机及软件 )

后端电子学系统逻辑示意图RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图

② 数据监测数据库

设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

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设计数据库的目的有效管理方便统计共享数据RPC数据库的设计采用 mysql+php+apache 模式能够稳定运行在 windows和

linux平台采集数据内容阻性板的测试 RPC裸室的加工和测试以及 RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

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2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

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③ 典型性能

标准环境（ T=293K P=1010 mbar ）下的 RPC 的性能

测试 RPC 探测器的探测效率单计数率（噪声）暗电流 工作高压 6kVndash9kV

探测效率 RPC与望远镜的符合计数 望远镜的计数

单计数率 平均 1 秒内的所有计数包含噪声 暗电流 阻性板内的电流

④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

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2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

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④ 质量控制

效率单计数率暗电流测试事例数 gt 10000

测试时间约 5 个小时 6块

8 kV时效率 gt=95

单计数率 lt08Hzcm2

暗电流 lt10uAm2

合格标准

平均效率达到 95 以上 单计数率集中在 02 Hzcm2 以下 暗电流低于 4μAm2

1 研究背景介绍

2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

4 总结

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目前通过测试已有 1300多块还需要 200多个合格的裸室

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2 大亚湾 RPC 裸室的前期研究

3 大亚湾 RPC 裸室的性能测试

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