Fe-55 õ u § T Ó Þ X ¢ T m-GEM ß e È û s ÚM 8 ý Ò ÞX c l ¤V R Ë
) ç ÷ 7 B · » G B# Þ ∗ · Â 6 Ò ç ¡r ) · ¤ ò 6 B` 9 · ) ç ? · ' Ö <( å ¬ £
½ Ó" é ¶ @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , ½ Ó" é ¶ 641-773
+ ä
ø ¶ Bª < · : cZ 9
ô
Dz D G" é ¶ § 4 ½ ¨ è, @ / 305-600 (2007¸ 2 Z 4 22{ 9 ~ à Î6 £ §)
s
é ß -GEM Ø ¦ l \ ¦ > hµ 1 Ï ¦, Fe-55 1 l x 0 A" é ¶ è\ ¦ s 6 x # Ø ¦ l _ 1 l x : £ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ % i . z ´ +
« >\ 6 x ô Ç Ø ¦ l H GEM-009 ü < GEM-011s 9, ³ ðÀ Ó% ò % i _ ç ß É r y y 3 mm, 5 mm s % 3 . Å Ò
ñ (main signal)ü < » 1 ÏØ ¦ ñ (escape signal) H · ú ¡ 1 l x 0 A" é ¶ è\ ¦ 6 x # z ´+ « > % i ¦, 5.9 keV x 9 2.7keV\ ¦ y y Ð% i . Õ ªo ¦, ³ ðÀ Ó% ò % i s U ´# Q| 9 à º2 ¤ Û ¼& 7 à Ô! 3 É r \ -t Z } É r ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð s 1 l x < Ê
`
¦ Ð% i . 7 £ x; ¤Ò ¦ É r ^ 30 mm_ # 3 0 A\ " f 6 mm ç ß Ü ¼ Ð 7 £ x r v 9 8 £ ¤& ñ % i .
PACS numbers: 29.40.Cs Keywords: Û ¼ 7 £ x; ¤ l , Ø ¦ l
I. " e  ] Ø
1996¸ Fabio Sauli\ _ K > hµ 1 Ï ) a GEM (Gas Electron Multiplier) É r l > r _ l ^ Ø ¦ l _ ³ ðÀ Ó% ò % i (drift re- gion) \ [ O u ÷ &# Q 1 7 £ x; ¤ l Ð s 6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9, MSGC (micro strip gas chamber) 1 p x _ p [ j F G Ø ¦ l \  Ò
& h l ^ 7 £ x; ¤` ¦ ] j/ B N H % i ½ + É` ¦ % i [1]. " f GEM _ l ^ s 1 p q (gas gain) _ l # Ð p [ j F G Ø ¦ l
\
÷ & H 1 l x · ú ` ¦ ± ú Ø ¦ Ã º e % 3 ¦, õ & h Ü ¼ Ð Û
¼ ß ¼ < H © õ ° ú É r l ^ Ø ¦ l _ é ß & h ` ¦ × ¦{ 9 Ã º e >
÷
&% 3 . & h GEM Ø ¦ l _ ] j l Õ ü t s ¾ Ó © ÷ & ¦, 1 l x :
£ ¤$ í s · ú 9t " f GEM ^ _ l ^ 7 £ x; ¤ ¸ ß ¼> 7 £ x
÷ &% 3 ¦, l > r _ p [ j F G+ þ A Ø ¦ l ü < ° ú É r 7 £ x; ¤ à ºé ß
`
¦ ] j ¦" f ¸ 1 l qw n & h 1 l x s 0 p x > ÷ &% 3 [2].
GEM É r ¨ î ó ø Í ½ ¨ ¸ Ð ÷ &# Q e # Q Û ¼ ß ¼\ B Ä º y © 9
>
à ºÖ ¦, 0 Au ì r K 0 p x, ¸ o: £ ¤$ í , 7 £ x; ¤ ¸ 1 p x \ e # Q" f ¸ & ³ F
t > hµ 1 Ï ) a É r l ^ Ø ¦ l Ð 8 A# Qè ß $ í 0 p x` ¦ t m
¦ e . ¢ ¸ô Ç B-factory, LHC_ { 9 Ó ü t o z ´+ « >\ " f q
&
h Æ Ò& h Ø ¦ l Ð s 6 x| ¨ c ¦0 Au ì r K 0 p x _ SSD (Silicon Strip Detector) [3] Ø ¦ l 1 p x \ q K GEM Ø ¦ l H @ /
& h _ Ø ¦ l ] j s 6 x s ¦ ~ ½ Ó < H © s _ \ O
#
Q [ j@ /_ Ä »§ 4 ô Ç ~ ½ Ó Ø ¦ l Ð ¨ î ~ Ã Î ¦ e .
þ
j H t [2,4] GEM foil_ ½ ¨ ¸, + þ AI , Û ¼ D ¥ ½ + Ëq 1 p x
∗
E-mail: [email protected]
ª ô Ç ¸| \ " f_ Multi-GEM_ 1 l x : £ ¤$ í \ @ /ô Ç ½ ¨
´ ú
§s s À Ò# Q t ¦ e . : r ½ ¨\ " f H ³ ðÀ Ó% ò % i s y y 3 mm, 5 mm s é ß -GEM Ø ¦ l \ ¦ [ O > x 9 ] j ¦ Fe-55 èÛ ¼\ ¦ s 6 x # , Õ ª 1 l x : £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 % i .
II. ÷ m Ç] M öX ê sV
2.1. Ì g ¶ ¥ Ñ ÷ U ê s Ò Å Ì ¦ R
GEM Ø ¦ l H Û ¼ Ø ¦ l _ { 9 7 á x Ü ¼ Ð Ô ¦ Ö ¸$ í l ^ \ ¦ Å
Ò Ð 6 x ô Ç . : r z ´+ « >\ " f H í H ¸ 99.99 % ArÛ ¼
\
¦ s 6 x % i H X <, F g \ _ K ³ ðÀ Ó% ò % i \ Ò q t$ í
)
a { 9 [ þ t \ _ ô Ç 2 _ µ 1 ÏÒ q t` ¦ × ¦ s l 0 AK
"
f èY > Û ¼ Ð CO
2Û ¼\ ¦ 6 x % i . s M : Ar:CO
2= 75:25 (%) % i . èY > Û ¼_ q Ö ¦ s 7 £ x _ Ã º
y è > ÷ &# Q, GEM Ø ¦ l _ 1 l x ` ¦ 0 AK 8 Z } É r
0 A 9 כ ¹ > ) a . Õ ªo ¦, Ar/CO
2 D ¥ ½ + Ël ^ H ¸
o & ³ © ` ¦ { 9 Ü ¼v t · ú § H Ô ¦ $ í l ^ Ð" f GEM Ø ¦ l
\
6 x l \ & h { © ô Ç l ^ s 9, CERN ` ¦ q 2 © ô Ç # Q
½ ¨ è\ " f GEM\ 6 x ¦ e H Ø ¦ l ^ s . GEM
Ø ¦ l _ : £ ¤$ í ` ¦ ¸ l 0 AK 6 x ô Ç ~ ½ Ó " é ¶ É r Fe- 55 _ 5.9 keV X- ` ¦ 6 x % i H X <, Ã º mm ¿ ºa _ Ar l
^ \ ¦ t ± ú M : 220> h_ s : r © ` ¦ ë ß × ¼ H כ s · ú 94 R e
.
-181-
Fig. 1. Schematics of a GEM.
2.2. GEM foil
GEM foil É r Fig. 1 õ ° ú s ¦ì r 9 2 £ § ª \ · û ª É r
¸$ í Ó ü t| 9 s { 9 ) 4 R e Ü ¼ 9, o < Æ& h \ g A` ¦ : x K ë ß [
þ
t # Q É r ½ ¨" í (holes)s ∼ 10000/cm
2& ñ ¸ Ð B Ä º
¸x 9 > Ý ü 9 e . GEM foil_ ª é ß \ H 400v_ 0
A Å Ò# Qt 9, s M : ½ ¨" í ? /\ y © ô Ç l © s + þ A$ í
÷
&> ) a . ³ ðÀ Ó % ò % i \ " f µ 1 ÏÒ q t ) a H y © ô Ç l © s + þ
A$ í ) a ½ ¨" í ` ¦ t " f Ar Û ¼ü <_ Ø æ[ t \ _ K " f
I \ ¦ l r v 9, Õ ª õ 7 £ x; ¤ ) a . 7 £ x; ¤ ) a
ñ H Ã º| 9 ª F G` ¦ : x K Ø ¦ ) a [5,6].
z
´+ « >\ 6 x ô Ç GEM foil É r 3M \ " f ] j % i Ü ¼ 9, Fig. 1 õ ° ú s 50 µm Kapton ñ{ 9 ª A á ¤ \ 5 µm ¿ ºa _
½ ¨o } ` ¦ { 9 y ¦, y + þ A_ ¸" fo 0 Au \ s × æ y Þ
¦ (double conic)+ þ AI _ ½ ¨" í ` ¦ ½ ©g Ë :& h s ¦ { 9 & ñ ô Ç \ P
`
¦ s À Ò 9 Ý ü # Q Z ~ É r ¸_ þ v s . ½ ¨" í × æd s _ ç ß
É r 140 µm s ¦, ½ ¨" í _ î ß A á ¤ f . Ë _ f â É r 55 µm s ¦,
¾ ú
A á ¤ _ f â É r 85 µm s .
2.3. GEM chamber
½ ¨\ 6 x ô Ç s é ß -GEM Ø ¦ l H ³ ðÀ Ó% ò % i s y y 3 mm (GEM-009) ü < 5 mm (GEM-011) s % 3 Ü ¼ 9, Fig.
2 H : r z ´+ « >\ " f 6 x ô Ç GEM chamber_ ¸d ¸s .
Fig ü < ° ú s Fe-55 H Ø ¦ l ü < Ã ºf © \ Z ~ # t 9,
~
½ Ó ÷ &# Q ¸ H 5.9 keV X-ray H Cathode (35 µm)` ¦ :
x õ ¦, GEM 2 \ " f 1 I { 9 # Q 9, GEM 1 \ " f 2 I { 9 # Qè ß . 7 £ x; ¤ ) a H PCB l ó
ø Í 0 A\ à º| 9 F G(5 mm × 5 mm) \ " f à º| 9 ÷ & 9, ñ H Preamp ü < Main amp\ " f 7 £ x; ¤ ÷ &# Q ² ú ÷ &# Q . : r z
´+ « >\ " f H GEM foil _ © Â Ò 8 £ x õ Â Ò 8 £ x · ú É r
∼400V\ ¦ # QÅ Ò% 3 .
Fig. 2. A schematic view of the double-GEM chamber.
2.4. ¹ Å X ê sV
Fig. 3 É r GEM Ø ¦ l РÒ' ¸ H Ø ¦§ 4 ñ\ ¦ 8 £ ¤& ñ
l 0 Aô Ç © u ¸s . GEM\ " f à º| 9 ) a H 10pf _
B HD ! p" f\ ¦ : x # A225 é ß 7 £ x; ¤ l Ð Ð? / . A225 H charge sensitive preamplifier ü < shaping amplifierl 0 p x` ¦
9, s \ ¦ s 6 x # GEM Ø ¦ l _ Ø ¦§ 4 ñ (charge flow)\ ¦ · ú ñ (voltage signal) Ð Ë ¨# Q ï r . Shap- ing amplifier РÒ' ¸ H DCØ ¦§ 4 ñ H A206 _ { 9 § 4
ñ Ð ² ú ÷ & 9, · ú 7 £ x; ¤ l (voltage amplifier, Gain:
x10) ü < ñ ó ø ÍZ > r Ð (discriminator) Ð [ þ t # Qç ß .
" f A206_ ¿ º> h_ Ø ¦§ 4 2 ;` ¦ : x K ± ú ÐÕ ª Ø ¦§ 4 ñ ü
< discriminator (pulse counter)\ ¦ : x K ± ú ÐÕ ª ñ
\
¦ î r ' ½ + É Ã º e H ñ µ 1 ÏÒ q t ) a .
Ø
¦§ 4 ñ H AD Convertor\ ¦ : x K n t _ O ñ\ ¦ à º
| 9
# s \ ¦ ( É Ó' Ð ² ú r v ¦, Lab-View\ ¦ s 6 x
#
X <s ' \ ¦ ì r$ 3 % i Ü ¼ 9, Oscilloscope (Tektronix TDS3054B)\ ¦ : x # + þ A ` ¦ ' a ¹ 1 Ï ¸2 ¤ % i . 8 Ô
¦ # Q ^ ] j ô Ç r Ð x 9 ¦ · ú " é ¶ _ $ í 0 p x` ¦ Ð
&
ñ l 0 AK NIM module` ¦ s 6 x # 1 l x{ 9 ô Ç z ´+ « >` ¦
% i .
III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý
3.1. GEM ß e È û s Ú X ê sV 8 ý V R Ë Ö « S ] M ö
GEM Ø ¦ l x 9 © u _ $ í 0 p x` ¦ r + « > l 0 AK " f
~
½ Ó " é ¶ Ü ¼ Ð Fe-55 s 6 x ¦, GEM Ø ¦ l _ ^
· ú s 1956V © I \ " f GEM-009\ ¦ 1 l x r ( . NIM
Fig. 3. Experimential set-up for the signal measure- ments.
Fig. 4. Fe-55 spectrum. (GEM-009 with NIM module)
© q \ ¦ 6 x # 8 £ ¤& ñ ô Ç õ Fig. 4\ e Ü ¼ 9, ^ ]
j ô Ç ¦ · ú " é ¶, r Ð Õ ªo ¦ Data ì r$ 3 á Ô ÐÕ ª Ï þ
` ¦ 6 x # 8 £ ¤& ñ ô Ç õ Fig. 5ü < Fig. 6\ e .
s
¿ º õ \ ¦ q § F g ´ òõ \ _ ô Ç ~ ½ ÓØ ¦ \ @ / 6
£
x H 2.7keV _ ñü < Auger \ ¦ í < Êô Ç 5.9keV_
ñ s \ + þ A$ í ÷ & H Y J _ U ·s \ ç ß _ s \ ¦ Ðs
¦ e . s s H ^ ] j © u \ " f H 7 £ x; ¤ l Ð Â
Ò' trigger ñ\ ¦ µ 1 ÏÒ q tr & 6 x ¦ e H X <, s ñ _
ß ¼l \ ¦ × ¦ s H X < ô Ç> e l M :ë H s 9 > h _ # t
\
¦ z l ¦ e . ô Ǽ # s õ H F. Sauli1 p x s 8 £ ¤& ñ ô Ç õ
ü < ¸ ú { 9 u ¦ e Ü ¼ 9, [7,8] s M :_ FWHM É r 30 %
&
ñ ¸s .
Fig. 5 ü < Fig. 6 H ³ ðÀ Ó% ò % i (drift region)s y y 3 mm (GEM-009) ü < 5 mm (GEM-011) GEM Ø ¦ l
\
" f % 3 É r Û ¼& 7 à Ô! 3 s . s õ \ _ 2.7 keV
ñü < 5.9 keV ñ_ 0 Au GEM-009\ " f H 0.36 V ü <
0.73 V s % 3 Ü ¼ 9, GEM-011\ " f H 0.67 V ü < 1.38 Vs % 3
. ³ ðÀ Ó% ò % i s 3 mmü < 5 mm Ð 8 £ ¤& ñ % i ` ¦ M :, peak_ 0
Au s 1 l x ô Ç s Ä » H ³ ðÀ Ó% ò % i _ U ´s 7 £ x # { 9
_ Ã º 7 £ x Ù þ ¡l M :ë H Ü ¼ Ð K $ 3 ) a .
Fig. 5. Fe-55 spectrum. (GEM-009+CNU electronics)
Fig. 6. Fe-55 spectrum. (GEM-011+CNU electronics)
3.2. GEM ß e È û s ÚM 8 ý T Ö ¤
s
é ß GEM Ø ¦ l GEM-009_ s 1 p q` ¦ ¸ l 0 A
# ~ ½ Ó " é ¶ õ Ø ¦ l s _ o \ ¦ 6 mmm 7 £ x r v
" f Fe-55_ 5.9 keV X- Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
Fig. 7 É r èÛ ¼ü < Ø ¦ l s _ o \ ¦ V , ) " f 8
£ ¤& ñ ô Ç Fe-55_ X- Û ¼& 7 à Ô! 3 s . 6 mm_ ç ß Ü ¼ Ð
o 7 £ x < Ê\ " f ^ > à ºÖ ¦ s t à º < Êà º& h Ü ¼ Ð y
è < Ê` ¦ ^ ¦ e . Õ ªo ¦, Ä »´ òs 1 p q É r Ø ¦ l _ ^
· ú s 1950V{ 9 M : 3 × 10
4s .
IV. + s Ç Â ] Ø
: r z ´+ « >\ " f s é ß -GEM Ø ¦ l \ ¦ ë ß [ þ t ¦, ^ ] j ô
Ç r Ð\ ¦ s 6 x K " f Fe-55 ~ ½ Ó " é ¶ _ Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ 8
£ ¤& ñ % i . ' Í P :, : r ½ ¨z ´\ " f > hµ 1 Ïô Ç r Ð x 9
Fig. 7. Fe-55 spectrum by Distance.
¦ · ú " é ¶ © u ü < NIM © q \ ¦ 6 x # q § 8 £ ¤& ñ
%
i Ü ¼ 9, 1 l x{ 9 ô Ç õ \ ¦ % 3 > ÷ &% 3 . z ´+ « >` ¦ : x # % 3 É r Û
¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ : x K s » 1 Ï ñ (escape signal: 2.7keV)ü < Å Ò
ñ (main signal: 5.9keV)\ ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 ¦, s M : FWHM É r ∼30 %% i . Ñ ü t P :, ³ ðÀ Ó% ò % i (drift region)` ¦ y
y 3mmü < 5mm Ð ] j ô Ç Ø ¦ l \ ¦ : x K " f ³ ðÀ Ó% ò % i s
U ´# Q| 9 Ã º2 ¤ s » 1 Ï ñ x 9 Å Ò ñ_ peaks ¸ É rA á ¤ Ü ¼
Ð s 1 l x H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . ! Ó P :, èÛ ¼ü < Ø ¦ l
s _ ç ß ` ¦ 7 £ x r v " f Fe-55 ~ ½ Ó 0 p x Û ¼& 7 à Ô! 3
`
¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, Ø ¦ l ü < èÛ ¼ü <_ o 7 £ x < Ê\
V{ 9 M : 3 × 10
4Ü ¼ Ð z ¤ .
P
c p 8 ý ò k >
: r ½ ¨ H ô Dz D G õ < ÆF é ß " é ¶ § 4 ½ ¨l ì ø Í S X Ø æ \ O (M20509005398-06B0900-39800) _ t " é ¶ \ _ K à º' ÷ &
%
3 Ü ¼ 9, s \ y × ¼w n m .
Y
c p w à U Ø ô
[1] F. Sauli, Nucl. Instr. And Meth. A 386 531 (1997).
[2] S. Bachmann, A. Bressan, L. Ropelewski, F. Sauli, A Sharma and D. Mormann, Nucl. Instr. Meth. A 438, 376 (1999).
[3] E. H. M Heijne, L. Hubbeling, B. D. Hyams, P. Jar- ron, P. Lazeyras, F. Piuz, J. C. Vermeulen and A.
wylie, Nucl. Instr. Meth.A 178, 331 (1980).
[4] G. Bencivenni, W. Bonivento, C. Bosio, A. Cardini, G. Felici, A. Lai, F. Murtas, B. Saitta, L. Satta and P. Valente, Nucl. Instr. Meth. A 478, 245 (2002).
[5] A. Bressan, M. Hoch, P. Pagan, L. Ropelewski, F. Sauli, S. Biagi, A. Buzulutskov, M. Gruwe, A.
Sharma, D. Moermann and G. De Lentdecker, Nucl.
Instr. And Meth. A 424, 321 (1999).
[6] A. Bressan, L. Ropelewski, F. Sauli, D. Moermann, T. Muller and H. J. Simonis, Nucl. Instr. And Meth.
A 424, 254 (1999).
[7] A. Bonder, A. Buzulutskov, R. de Oliveira, L. Ro- pelewski, F. Sauli and L. Shekhtman, Nucl. Instr.
Meth. A 556, 495 (2006).
[8] Heedong Kang, Do-Hyung Kim, Hyosung Cho and
Sangmook Kang, J. Korean Phys. Soc. 42, 606
(2003).
Characteristic of a Double-GEM Detector Using an Fe-55 Source
Sung-Yong Ha, Il-Gon Kim,
∗Chang-Hie Hahn, Dong-Sun Yoo, Seong-Tae Park and Byung-Soo Moon Department of Physics, Changwon National University, Changwon 641-773
Chong-Eun Chung
I & C and Human Factors Research Division, Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon 305-600
Se-Hwan Park
Advanced Radiation Detecting Instrument & Sensor Laboratory, Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon 305-600
(Received 22 February 2007)
The developed double-GEM detector
0s performance was tested with the Fe-55 isotope. Two types of detectors, with gaps in drift range of 3 and 5 mm, respectively, GEM-009 and GEM-011, were exposed. The main and the escape signals were observed at 5.9 keV and 2.7 keV, respectively, as expected. The energy was also seen to increase with expanding gap. The amplification rate was measured in intervals of 6 mm over 30 mm.
PACS numbers: 29.40.Cs Keywords: GEM detector, Fe-55
∗