M
= k ¹ Å Ö « ×M õ u § T Ó Þ X ¢ mø m Ç = 0, f Ç U ê s Ò Å ß e È û s ÚM 8 ý < gX c l õ m Í V R Ë Ö «ß e È
* å · ¼ ÿ õ i u< · ) ç ? · Â 6 Ò ç ¡r ) ∗
½ Ó" é ¶ @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , ½ Ó" é ¶ 641-773 (2008¸ 2 Z 4 4{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
l
^ 7 £ x; ¤ l (Gas Electron Multiplier, GEM)\ ¦ s 6 x K ~ ½ Ó Ø ¦ l \ ¦ ] j ¦ y 7 á x ~ ½ Ó
" é ¶` ¦ @ / © Ü ¼ Ð $ í 0 p x` ¦ % i . ~ ½ Ó Ø ¦6 x Ø ¦ l _ [ O > ü < ] j \ " f Ò' ñ\ ¦ % o H
r Ð, Õ ªo ¦ X <s ' \ ¦ % 3 l 0 Aô Ç DAQ á Ô ÐÕ ªÏ þ $ í \ s Ø Ôl t GEM Ø ¦ l ] j \ ' a ô Ç ¸ H õ
& ñ ` ¦ è> h < ÊÜ ¼ Ð+ Û ¼ ~ ½ Ó Ø ¦ l \ ' a ô Ç s K \ ¦ [ v ¦ Û ¼Û ¼ Ð ] j K ^ ¦ Ã º e H t g Ë >` ¦ ] j /
B
N % i . : r $ í 0 p xz ´+ « >\ " f H é ß { 9 G V , 2-é ß GEM Ø ¦ l \ ¦ ] j % i Ü ¼ 9, Ar:CO
2=80:20 Ð D ¥ ½ + Ëô Ç
Û ¼\ ¦ 6 x % i ¦, ñ% o x 9 data S \ 1 p q` ¦ 0 AK 1 l q & h Ø ¦§ 4 r Ð (readout circuit)\ ¦ > hµ 1 Ï % i
. # Q 7 á x À Ó_ ~ ½ Ó 1 l x 0 A" é ¶ è\ ¦ 6 x # ¦ì r í (pulse height distribution)` ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, Fe-55 \ ¦ s 6 x ô Ç \ " f H ì r K 0 p x 15.5 % _ õ \ ¦ % 3 % 3 .
PACS numbers: 29.40.Cs, 07.50.Qx
Keywords: l ^ 7 £ x; ¤ l , ~ ½ Ó Ø ¦ l , I , Ø ¦§ 4 r Ð, $ í 0 p x , ¦ ì r í
I. " e  ] Ø
: x& h Ü ¼ Ð ~ ½ Ó _ Ø ¦ \ H Û ¼ Ø ¦ l (GM counter, MWPC, MSGC 1 p x) ´ ú §s 6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9, Û
¼ Ø ¦ l H ¿ º > h_ F G s \ ¦ · ú ` ¦ # Û
¼ü < { 9 ~ ½ Ó _ © ñ 6 x Ü ¼ Ð µ 1 ÏÒ q tô Ç \ ¦ 5 Å q
# I \ ¦ { 9 Ü ¼v H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ñ\ ¦ 7 £ x; ¤ ô Ç .
s
~ ½ ÓZ O É r É r 6 £ x ² ú r ç ß ` ¦ t 9 Z } É r ñs 1 p q` ¦ % 3
`
¦ Ã º e H © & h s e t ë ß Z } É r ñs 1 p q` ¦ % 3 l 0 AK ¦
· ú ` ¦ ½ + É â Ä º ~ 1 > ~ ½ Ó ` ¦ { 9 Ü ¼v H ë H ] j& h s e
.
s
ë H ] j& h ` ¦ F G4 ¤ l 0 AK 1997¸ F. Sauli H ¦
· ú
\ " f ¸ ~ ½ Ó \ q §& h î ß & ñ & h l ^ 7 £ x; ¤ l (Gas Electron Multiplier: GEM)\ ¦ µ 1 Ï" î % i [1]. GEM_
>
hµ 1 Ï s Ê ê Û ¼ Ø ¦ l H ~ ½ Ó % ò © Ø ¦ l Ð 6 £ x6 x| ¨ c Ã
º e H D h Ðî r 0 p x$ í ` ¦ \ P % 3 Ü ¼ 9 l > r _ _ « Ñ% ò © © u
\ ¦ @ /^ ½ + É D h Ðî r n t _ O % ò © © u _ > hµ 1 Ï` ¦ 0 Aô Ç
½
¨ s # Qt ¦ e .
: r ½ ¨\ " f H GEM foil` ¦ s 6 x K l ^ ~ ½ Ó Ø
¦ l \ ¦ ] j # ª ô Ç ~ ½ Ó èÛ ¼\ ¦ @ / © Ü ¼ Ð ¦ ì
r í (pulse height distribution)\ ¦ 8 £ ¤& ñ < ÊÜ ¼ Ð+ Õ ª $ í 0 p x
`
¦ ¸ % i . Ø ¦ l ] j \ " f Ò' ñ% o r Ð x 9 DAQ á Ô ÐÕ ªÏ þ \ s Ø Ôl t GEM Ø ¦ l ] j \ 9 כ ¹
∗
E-mail: [email protected]
ô
Ç ' aº l Õ ü t` ¦ è> h < ÊÜ ¼ Ð+ 6 x Û ¼Û ¼ Ð Õ ª כ ` ¦ ]
j ½ + É Ã º e ¸2 ¤ B ¾ »\ O ` ¦ ] jr % i Ü ¼ 9, ¢ ¸ô Ç Õ ª כ _
$ í
0 p x` ¦ r + « > H ³ ðï r ~ ½ ÓZ O ` ¦ ] jî ß ¦ % i .
II. M = k ¹ Å Ö « ×M õ u § T Ó Þ X ¢ U ê s Ò Å ß
e
È û s ÚM 8 ý < gX c l
1. GEM Foil
GEM foil É r ¿ ºa 50 µm & ñ ¸_ · û ª É r Ä » ^ 9 2 £ § _
ª \ 5 µm ¿ ºa _ ½ ¨o ~ à Ì} ` ¦ { 9 y ¦ f â 70 µm & ñ ¸_ Á ºÃ ºy ´ ú § É r É r ½ ¨" í ` ¦ Ý ü É r Z O | 9 ½ ¨ ¸\ ¦
t ¦ e [2,3]. ~ ½ Ó õ Û ¼_ © ñ 6 x Ü ¼ Ð µ 1 ÏÒ q t ô
Ç H GEM foil _ ½ ¨" í ? /Â Ò\ " f 5 Å q ÷ &# Q î r1 l x \
-t \ ¦ % 3 ¦ 8 ´ ú § É r Û ¼\ ¦ s : r or v " f I
\
¦ Ä » ¸ô Ç . GEM foil É r GEM Ø ¦ l _ © Ù þ d & h Â
Ò¾ ¡ § Ü ¼ Ð & ñ x 9 ô Ç ] j õ & ñ s 9 כ ¹ Ù ¼ Ð Õ ª כ ` ¦ ] j
H X < H : £ ¤Z > ô Ç l Õ ü t s כ ¹½ ¨ ) a .
½
¨" í ` ¦ Ý ü H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð × ¼w n =` ¦ s 6 x H l > & h ~ ½ ÓZ O s
e ` ¦ à º e Ü ¼ ½ ¨" í _ ß ¼l à º Õ ªo ¦ x 9 ¸ 1 p x \ ]
jô Çs ´ ú § ¦ ½ ¨" í _ é ß s L : F M t · ú § a % ~ É r $ í 0 p x` ¦ l
@ /½ + É Ã º \ O . ¢ ¸ É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H Y Us $ \ ¦ s 6 x ô Ç ½ ¨
"
í / B NZ O s e . s ~ ½ ÓZ O É r l > & h × ¼w n = l Z O \ q K q
§& h ª | 9 _ ½ ¨" í ` ¦ Ý ü ` ¦ Ã º e Ü ¼ 9 ½ ¨" í _ ß ¼l ¸
-187-
>
Ý ü ` ¦ Ã º e H © & h s e Ü ¼ ] j q 6 x s ´ ú §s [ þ t ¦
½
¨" í _ ß ¼l \ ¦ × ¦ s H X < ¸ ô Ç> e . & ³F t s 6 x
÷
& ¦ e H © 8 A# Qè ß GEM ] j ¸Z O É r o < Æ\ g A Z O s [4]. s ~ ½ ÓZ O É r · ú ¡" f / å L ô Ç ~ ½ ÓZ O [ þ t \ q K É r ½ ¨" í ` ¦ Ý
ü
` ¦ à º e Ü ¼ 9 ´ ú § É r à º_ ½ ¨" í ` ¦ 1 l x r \ Ý ü ` ¦ à º e H
© & h s e . @ /| ¾ Ó Ò q tí ß s 6 x s 9 Á º% Á Ð y © ô Ç l
© + þ A$ í \ 9 כ ¹ô Ç s × æ ¡ ó¾ ú ½ ¨ ¸_ é ß ` ¦ ° ú H ½ ¨" í ` ¦ Ý
ü
` ¦ Ã º e H © & h s e . Õ ª Q ½ ¨" í ` ¦ Ý ü H X < 6
x ÷ & H \ g A 6 xÓ o_ 2 [/ å L s \ v ¦ ç H{ 9 ô Ç ½ ¨" í ] j
`
¦ 0 Aô Ç & ñ §ô Ç l Õ ü t s 9 כ ¹ H é ß & h s e .
[ j> & h Ü ¼ Ð & ³F GEM foil` ¦ Ò q tí ß H / B M É r CERN, 3M, Tech-Etch 1 p x s e Ü ¼ 9 : r z ´+ « >\ " f H 3 M \ " f ] j
ô Ç כ ` ¦ ½ ¨{ 9 # 6 x % i [5]. 6 x ) a GEM foil É r f
â 41 mm _ " é ¶+ þ AÜ ¼ Ð z ´] j 7 £ x; ¤ 6 x s { 9 # Q H ½ ¨
"
í s Ý ü 2 ; % ò % i É r f â 25 mm _ " é ¶+ þ AÜ ¼ Ð ¿ º © _ GEM foil s ¨ î ' > C u ) a 2- é ß ½ ¨ ¸\ ¦ ¦ e (Fig. 1
à Р¸).
2. GEM Chamber8 ý º
GEM chamber H Û ¼ G 0 >4 R" f { 9 ~ ½ Ó õ Û
¼ ì ø Í6 £ x # Ä » \ ¦ µ 1 ÏÒ q tr v ¦ µ 1 ÏÒ q tô Ç Ä »
\
¦ 5 Å q H l © s + þ A$ í ÷ & H / B N ç ß s . " f GEM chamber H Û ¼\ ¦ ´ òÖ ¦& h Ü ¼ Ð x 9 4 x ½ + É Ã º e H ½ ¨ ¸\ ¦ 4
R 9 7 £ x; ¤ l ? /Â Ò_ y 7 á x F G \ " é ¶ s ´ òÖ ¦& h Ü ¼
Ð / B N/ å L| ¨ c à º e H ½ ¨ ¸\ ¦ 4 R ô Ç .
\ ¦ 5 Å q # I \ ¦ Ä » ¸ ¦ 7 £ x; ¤ ) a
ñ\ ¦ þ j7 á x readout F G t Ä » ¸ H X < 9 כ ¹ô Ç l ©
`
¦ + þ A$ í l 0 AK / B N/ å L H " é ¶ _ / B N/ å L ~ ½ ÓZ O É r ß ¼> ¿ º
t Ð Ò q ty ½ + É Ã º e . Ä º , y F G _ · ú ` ¦ > hZ > & h Ü
¼ Ð / B N/ å L H ~ ½ ÓZ O s e H X < s ~ ½ ÓZ O É r y F G _ · ú
`
¦ ~ 1 > 1 l qw n & h Ü ¼ Ð ¸] X ½ + É Ã º e H © & h s e t ë ß Ã
º_ " é ¶/ B N/ å L © u \ ¦ 9 כ ¹ Ð H é ß & h s e . ¢ ¸ É r
~
½ ÓZ O É r Fig. 1 \ · p כ õ ° ú s _ " é ¶ © u \ ¦ s
6 x ¦ · ú ` ¦ ì r C H $ ½ Ó` ¦ s 6 x K y F G _
· ú
` ¦ ¸] X H é ß { 9 $ ½ Ó} © Z O (single resistor network)s
. s ~ ½ ÓZ O É r y F G _ · ú ` ¦ 1 l qw n & h Ü ¼ Ð ¸] X ½ + É Ã º
\ O
H é ß & h É r e t ë ß · ú _ þ j& h ° ú כs & ñ ÷ &# Q
· ú â s Ô ¦ 9 כ ¹ô Ç â Ä º\ H © â ] j& h ~ ½ ÓZ O s 9 & ³F V , o s 6 x ÷ & ¦ e .
Fig. 1 \ · p 6 £ §F G (cathode) É r Û ¼\ ¦ x 9 4 x H
%
i ½ + É` ¦ H ô Ǽ # Ø ¦ @ / © ~ ½ Ó s ü @Â Ò Ð Ò' { 9
÷ & H ½ Ó (window)s ÷ &l ¸ ô Ç . ~ ½ Ó É r s ½ Ó` ¦ :
x õ # ½ Óõ GEM1 s _ ³ ðÀ Ó% ò % i (drift region) \
Fig. 1. Structure of GEM chamber.
"
f Û ¼ü < ì ø Í6 £ x # s : r o\ ¦ { 9 Ü ¼v ¦ Ä » ü < ª s
: r` ¦ + þ A$ í ô Ç . " f ½ Ó` ¦ s À Ò H F | 9 É r 0 p x ô Ç { 9
~ ½ Ó ` ¦ & h > f ¨ Ã º H Ó ü t| 9 ` ¦ 6 x # H X <
: r z ´+ « >\ " f H 18 µm_ ½ ¨o } s ïh A ) a 25 µm ¿ º a
_ polyimide 9 2 £ §` ¦ 6 x % i . ³ ðÀ Ó% ò % i _ ¿ ºa H
~
½ Ó õ Û ¼ © ñ 6 x H U ´s \ ¦ & ñ Ù ¼ Ð Ø ¦ l
_ : £ ¤$ í \ H % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H s . : r z ´+ « >\ 6 x ô Ç
Ø ¦ l \ " f H ³ ðÀ Ó% ò % i _ ¿ ºa \ ¦ 5 mm Ð ] j % i .
GEM1 õ GEM2 s _ ½ ¨ç ß É r 5 Å x% ò % i (transfer re- gion) s  ÒØ Ô H X < 2 mm ¿ ºa Ð, GEM2 ü < readout F G ª F G (anode) s H 1 mm Ð ] j % i . · ú ì r C
\ 6 x ) a $ ½ Ó ° ú כ É r R1=R2=R3=R4= 15 MΩ, R5=
5 MΩ, R6= 1 MΩ, Õ ªo ¦ Rs= 10 MΩ s 9 · ú É r
−1800 ∼ −1950 V s _ % ò % i \ " f 8 £ ¤& ñ % i . y % ò % i _
ç ß õ · ú Ü ¼ ÐÂ Ò' Ø ¦ l _ ñs 1 p q õ ì r K
0 p x 1 p x s & ñ ÷ & H X <, þ j& h ¸| ` ¦ ¹ 1 Ôl 0 AK " f 7 á § 8 [ j x 9
ô Ç ¸ 9 כ ¹ | t ë ß : r z ´+ « >\ " f H · ú ¡" f / å L ô
Ç ½ ¨ ¸ Ð Ø ¦ l \ ¦ ] j # · ú −1850 V \ " f 15.5 % _ ì r K 0 p x` ¦ ° ú H õ \ ¦ % 3 % 3 .
ô
Ǽ # , ~ ½ Ó õ © ñ 6 x # s : r © (ion pair)` ¦ µ 1 Ï Ò q
tr v H % i ½ + É` ¦ H > Ã ºÛ ¼ Ð H Ar` ¦, ¢ - aØ æ Û ¼ (quencher gas) Ð H CO
2\ ¦ 6 x % i Ü ¼ 9, s ¿ º l ^ \ ¦ Ar:CO
2=80:20 Ü ¼ Ð D ¥ ½ + Ë # 6 x % i [2,6,7].
3. Readout õ m Í DAQ
Readout pad (anode) H I \ _ K 7 £ x; ¤ ) a
é # Qo (cluster) þ j7 á x& h Ü ¼ Ð ¸ Ã Ì # l & h ` O Û
¼ ñ\ ¦ ë ß × ¼ H / B M Ü ¼ Ð Õ ª כ _ l < Æ& h ½ ¨ ¸ü < ß ¼ l
1 p x s ñ_ ; ¤ õ [ jl \ % ò ¾ Ó` ¦ p 2 ; . ¢ ¸ô Ç, µ 1 ÏÒ q t
Fig. 2. Schematic of DAQ for signal readout. C.C.: Cou- pling Capacitor, C.S.P.: Charge Sensitive Preamplifier, S.A.: Shaping Amplifier, V.A.: Voltage Amplifier, DSC:
Discriminator, P.H.: Peak Holder.
ô
Ç ñ\ ¦ · ú Ü ¼ Ð Ë ¨ ¦ 7 £ x; ¤ l 0 AK ü @Â Ò_
y + þ A u 7 £ x; ¤ l (charge sensitive preamplifier)ü <
÷ & H X <, s M : readout padü < u 7 £ x; ¤ l _ { 9 § 4 é ß
s \ ½ + Ë » ¡ ¤ l (coupling capacitor)\ ¦ # 6
x ô Ç . Readout pad_ & ñ 6 x | ¾ Óõ ½ + Ë» ¡ ¤ l _ l 6
x | ¾ Ó_ ' a > \ _ K u 7 £ x; ¤ l _ & h ì r l (Integrator) Ð { 9
§ 4 ÷ & H _ q Ö ¦ s ² ú t Ù ¼ Ð & h ] X ô Ç 6 x | ¾ Ó_ » ¡ ¤
l \ ¦ 6 x # ô Ç [6]. { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð H l 6 x | ¾ Ó` ¦
° ú
H » ¡ ¤ l \ ¦ 6 x H ñs 1 p q` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e Ü ¼
¸s Ý ¼ ¸ < Êa 7 £ x l M :ë H \ & h { © ô Ç ß ¼l _ 6 x | ¾ Ó` ¦
× þ H כ s × æ כ ¹ . : r z ´+ « >\ " f H Å Ò Ð 10 ∼ 100 pF _ » ¡ ¤ l \ ¦ 6 x % i .
: r z ´+ « >\ " f H 0.83 µV/electron _ ¨ 8 ´ òÖ ¦` ¦ ° ú H
u 7 £ x; ¤ l (A225, AmpTek)\ ¦ 6 x % i Ü ¼ 9 · ú Ü ¼ Ð
¨ 8 ) a ñ H · ú 7 £ x; ¤ l (A206, AmpTek)\ ¦ 6 x K 7
£
x; ¤ # 6 £ § r Ð\ " f 6 x s > % o ½ + É Ã º e > % i
(Fig. 2 Ã Ð ¸). GEM chamber\ " f µ 1 ÏÒ q tô Ç ñ H { 9 ì
ø Í& h Ü ¼ Ð Ã ºz ns& ñ ¸_ Â ú ª É r ; ¤` ¦ ° ú H ` O Û ¼s . s & ñ
¸ Ð Â ú ª É r ` O Û ¼ ñ\ ¦ % o l 0 AK " f H Õ ª + '_ r Ð
\
÷ & H è [ þ t` ¦ B Ä º É r 6 £ x ² ú $ í ` ¦ כ [ þ t Ð
6 x K 9 ¸ ú 6 £ § \ ¸ ´ ú § É r Å Ò_ \ ¦ l Ö ¦ # ô Ç .
" f Ð: x _ ñ% o r Ð\ " f H s ` O Û ¼ ñ_ ; ¤` ¦ V ,
y H ô Ǽ # ¸ ª ¸ + þ Ar & H X < { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð $
% i
: x õ 9 ' (low pass filter) ü < ¦% i : x õ 9 ' (high pass filter)\ ¦ ² ú s # Q" f 6 x < ÊÜ ¼ Ð+ Õ ª כ ` ¦ ½ ¨ & ³
½
+ É Ã º e . s l 0 p x` ¦ H è \ ¦ shaper ¦ Â ÒØ Ô
H X < : r z ´+ « >\ 6 x ) a · ú 7 £ x; ¤ l A206 É r shaper ¸
< Êa ? / © ô Ç 7 £ x; ¤ l s .
Shaper\ ¦ : x õ ô Ç ` O Û ¼ H 4 µs & ñ ¸_ ` O Û ¼ ; ¤` ¦
° ú
> ÷ & ¦ s ñ_ [ jl (þ j@ /° ú כ) H ADC (analog to digital converter)\ ¦ s 6 x K n t _ O ° ú כÜ ¼ Ð ¨ 8 ÷ &# Q ( É
Ó' Ð 5 Å x ) a . ADC\ " f ¨ 8 H õ & ñ \ H { 9 & ñ ô Ç
¨ 8 r ç ß s 9 כ ¹ô ÇX < { 9 § 4 ÷ & H ` O Û ¼_ ° ú כ É r r ç ß & h Ü ¼
Ð ^ ¦ M : > 5 Å q K " f Ù ¼ Ð { 9 § 4 ` O Û ¼ ñ\ ¦ Õ ªz ª n t
_ O ° ú כÜ ¼ Ð ¨ 8 ½ + É â Ä º ¨ 8 ° ú כ\ Ô ¦S X & ñ $ í s µ 1 ÏÒ q t
>
÷ & 9, s כ É r þ j7 á x& h Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ) a ¦ì r í_ K © ¸
\
f ] X & h % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò> ) a . s ë H ] j\ ¦ K l 0 A K
: r z ´+ « >\ " f H peak holder (PH300, AmpTek)\ ¦ 6 x
% i . Peak holder H { 9 § 4 ` O Û ¼_ þ j@ /° ú כ` ¦ { 9 & ñ r ç ß 1
l
x î ß Ä »t > # ADC \ " f ¨ 8 H 1 l x î ß _ Ô ¦S X & ñ
$ í
` ¦ × ¦ # ï r .
x
ß ¼ f . Ë 8 PH300 _ 1 l x õ ADC _ ¨ 8 r & h Õ ªo
¦ ¨ 8 ) a X <s ' \ ¦ ( É Ó' Ð 5 Å x H r & h 1 p x É r ¸¿ º
_ 1 l x l ñ Ð 1 l x l o÷ &# Q ô Ç . s \ ¦ 0 Aô Ç 1 l x l
ñ\ ¦ Ò q t$ í H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H ß ¼> ¿ º t \ ¦ Ò q ty ½ + É Ã º e
. Õ ª × æ H $ 3 F g > Ã ºl 1 p x õ ° ú É r Ø ¦ l \ ¦ s 6 x K
ü @Â Ò\ " f 1 l x l ñ\ ¦ ë ß × ¼ H ~ ½ ÓZ O s ¦, ¢ ¸ É r
H u 7 £ x; ¤ l _ Ø ¦§ 4 ñ\ ¦ s 6 x # 1 l x l ñ\ ¦ Ò q t
$ í
H ~ ½ ÓZ O s . _ â Ä º H 8 £ ¤& ñ ñ\ % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò t
· ú § ¦ 1 l x l ñ\ ¦ ë ß [ þ t à º e H © & h s e t ë ß Z > ¸ _
Ø ¦ l r Û ¼% 7 ` ¦ 6 x K Ù ¼ Ð q 6 x s ´ ú §s [ þ t 9 r
Û ¼% 7 s 4 ¤ ¸ ú K t H é ß & h s e . ì ø Í \ ¿ º P : ~ ½ ÓZ O
É
r ^ ñ\ ¦ s 6 x Ù ¼ Ð r Û ¼% 7 s ç ß é ß ¦ q 6 x ¸
&
h > × ¼ H © & h s e t ë ß ° ú É r ñ\ ¦ ì r o # s 6 x l
M :ë H \ r Ð\ ¦ ¸ ú 3 l w [ O > ½ + É â Ä º 1 l x l ñ Ò q t$ í õ
&
ñ s ñ\ % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò ¸ ú 6 £ §` ¦ µ 1 ÏÒ q tr ~ ´ 0 p x$ í s
H é ß & h s e . : r z ´+ « >\ " f H A206 _ Ø ¦§ 4 ñ × æ
discriminator Ø ¦§ 4 ` ¦ 1 l x l ñ Ð 6 x % i .
(
É Ó' ü <_ interface ü < DAQ\ ¦ 0 AK " f 200 kHz _ sampling rate\ ¦ ° ú H ADC (NIDAQPad 6015, National Instruments)\ ¦ 6 x % i . s © q H è+ þ AÜ ¼ Ð USB ½ ©
` ¦ s 6 x # ( É Ó' ü < ÷ &Ù ¼ Ð Ê ë@ /6 x ( É Ó' ü < < Ê a
6 x ½ + É â Ä º s 1 l x s ç ß ¼ # ô Ç © & h s e . l > r _ ~ ½ Ó
Ø ¦ l NIM s CAMAC 1 p x õ ° ú É r : £ ¤ Ã ºô Ç © q
\ ¦ 9 כ ¹ Ð 9 Á º> ü < s 1 l x$ í , Õ ªo ¦ q 6 x \ " f H é
ß & h Ü ¼ Ð t & h ÷ & H & h 1 p x` ¦ y î ß ô Ç : r ½ ¨\ " f ] j î
ß H Ø ¦ l r Û ¼% 7 _ $ q 6 x o, è+ þ A o, â | ¾ Ó o 1 p x É r
H © & h s u ´ à º \ O . DAQ 6 x á Ô ÐÕ ªÏ þ É r LabVIEW (National Instruments)\ ¦ 6 x # $ í % i .
ñ Ø ¦ \ e # Q" f ¦ 9K ½ + É ½ Ó × æ \ × æ כ ¹ô Ç כ
×
æ _ 7 £ x; ¤ l _ 5 Å q ¸ü < ADC _ ¨ 8 r ç ß s .
7
£
x; ¤ l _ Ø ¦§ 4 ñ_ ` O Û ¼ ; ¤ s V , ` ¦ â Ä º ë H ] j ÷ & H
כ
É r Z } É r > Ã º Ö ¦ _ ~ ½ Ó ` ¦ Ø ¦ ½ + É M :s . > Ã º Ö ¦ s
Z } " f 7 £ x; ¤ l _ ` O Û ¼ ; ¤ Ð Â ú ª É r r ç ß î ß \ ñ
× æ^ o ?÷ &# Q µ 1 ÏÒ q t 7 £ x; ¤ l ì r K K è q à º \ O l M :ë H
\
ñ H > hZ > ñ\ ¦ ì r K t 3 l w ¦ × æ^ o ? # Ø ¦§ 4
> ) a . s â Ä º 8 £ ¤& ñ ) a ¦ì r í_ K © ¸\ f ] X & h
% ò ¾ Ó` ¦ Å Ò> ÷ & 9 ¦ì r í_ =/ B G` ¦ 4 R ¸> ) a .
" f Z } É r > Ã º Ö ¦ _ & ñ S X ô Ç 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 AK " f H É r 5 Å q
Fig. 3. Spectrum of Fe-55, this data was taken at bias voltage of -1850 V and gas flow rate 50 ml/min.
¸\ ¦ ° ú H 7 £ x; ¤ l \ ¦ 6 x H כ s × æ כ ¹ 9 s ü < < Êa
É r sampling rate\ ¦ ° ú H ADC ¸ 9 כ ¹ . : r z ´+ « >\
6 x ô Ç 7 £ x; ¤ l A206 É r ` O Û ¼ ; ¤ s 4 µs Ð, 7 £ ¤ 1 í
\
2.5 × 10
5> h_ ~ ½ Ó ` ¦ > à º½ + É Ã º e H כ Ü ¼ Ð, q
§& h Ö ¼ 2 ; ¼ # \ 5 Å q Ù ¼ Ð Z } É r > Ã º Ö ¦` ¦ ° ú H " é ¶ _ 8
£ ¤& ñ \ H ç ß _ ë H ] j e ` ¦ Ã º e t ë ß 6 £ § ] X _ z ´+ « >
õ \ " f Ð1 p w s ± ú É r > Ã º Ö ¦` ¦ ° ú H " é ¶ _ 8 £ ¤& ñ \ H Ä
ºÃ ºô Ç $ í 0 p x` ¦ Ð% i .
III. ß e È û s ÚM 8 ý V R Ë Ö « ? _ ²
]
j ô Ç Ø ¦ l _ $ í 0 p x \ ¦ 0 AK ª ô Ç ~ ½ Ó " é ¶` ¦
@
/ © Ü ¼ Ð ¦ì r í\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i . Fig. 3 \ ³ ðï r " é ¶ Ü
¼ Ð © ´ ú §s s 6 x ÷ & H Fe-55\ ¦ + " f 8 £ ¤& ñ ô Ç ¦ì r í _
õ \ ¦ ? /% 3 . Fe-55 H 5.9 keV _ Å Ò x ß ¼\ ¦ t
9 2.9 keV _ Ar s » 1 Ï x ß ¼ (escape peak)\ ¦ .
Fig. 3 \ " f 5 Å q s " é ¶ Ü ¼ Ð ³ ðr ) a כ É r 8 £ ¤& ñ ô Ç X <s ' s
9 Ï ã T É r z ´ Ü ¼ Ð ³ ðr ô Ç Õ ªA á Ô H Ø ¦ l ì r K 0 p x` ¦
>
í ß l 0 AK Gaussian < Êà º Ð / B G ´ ú Æ Òl \ ¦ ô Ç õ s . Õ ªa Ë >\ " f Ð1 p w s ¿ º > h_ x ß ¼\ ¦ ' a ¹ 1 Ͻ + É Ã º e Ü ¼ 9 5.9 keV x ß ¼\ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç Ø ¦ l _ ì r K 0 p x É r 15.5 %
%
i Ü ¼ 9 s H É r ½ ¨h Ë >_ õ 18 ∼ 21 % [8,9,10]\ q
K a % ~ É r õ Ð ó ø Íé ß ) a . Õ ª Q 2.9 keV x ß ¼\ @ /K
"
f H 21 % _ ì r K 0 p x` ¦ Ð# 5.9 keV\ " f_ ° ú כõ s
\
¦ Ð% i . ñ [ jl \ ¦ ? / H л ¡ ¤ _ è HF K õ ¿ º x ß
¼_ \ -t s _ ' a > \ ¦ ? / H Õ ªA á Ô\ ¦ Fig. 3 \
¶ ú
{ 9 Õ ªa Ë >Ü ¼ Ð ? /% 3 H X < Õ ªa Ë >\ " f Ð1 p w s Ñ ü t s H
+ þ A ' a > \ " f ç ß # Á # Q e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . ¿ º x ß ¼\
"
f ì r K 0 p x s Ø Ô> 8 £ ¤& ñ ) a כ s Ø ¦ l ^ _ : £ ¤$ í M :
Fig. 4. Signal height distribution of 120 GeV proton.
ë
H t m z ´+ « >\ 6 x ô Ç 7 £ x; ¤ l _ ñs 1 p q _ q
+ þ A$ í \ l ô Ç כ t H 7 á § 8 S X s 9 כ ¹ô Ç é ß > s
.
{ 9 Ó ü t| 9 ? /Â Ò\ ¦ ' > ÷ & # Q t ©
ñ 6 x \ _ K \ -t \ ¦ { 9 > ÷ & H X < é ß 0 AU ´s { © { 9 >
÷
& H ¨ î ç H \ -t < Hz ´ É r Bethe-Bloch d Ü ¼ Ð ¸ ú [ O " î ) a
[11]. Bethe-Bloch d É r { 9 { 9 ü < Ó ü t| 9 ` ¦ ½ ¨$ í H
[ þ t ç ß _ Ù ü t2 x © ñ 6 x` ¦ l í Ð # Ä » ¸ ) a כ Ü ¼
Ð { 9 Ó ü t| 9 5 Å q \ Z ~ > ÷ & H ¨ î ç H \ -t H { 9 { 9 _
\ -t ü < | ¾ Ó\ ß ¼> _ > r ô Ç H z ´` ¦ · ú 9ï r
. ¨ î ç H \ -t < Hz ´ É r { 9 { 9 _ \ -t y è < Ê\
& h & h y è : £ ¤& ñ \ -t \ " f þ j è (minimum ionization) ° ú כ` ¦ ° ú > ÷ & ¦ Õ ª Ð 8 É r \ -t % ò % i
\
" f H / å L > 7 £ x H â ¾ Ó` ¦ Ð .
Bethe-Bloch d \ _ : £ ¤& ñ \ -t \ ¦ ° ú H { 9
{ 9
> ÷ & H ¨ î ç H \ -t < Hz ´ É r { 9 { 9 _ \ -t \
" f : £ ¤& ñ ô Ç ° ú כÜ ¼ Ð > í ß | ¨ c à º e . Õ ª Q , z ´] j Ð { 9
Ó ü t| 9 õ © ñ 6 x " f { 9 # Q! Qo H \ -t H ° ú
É
r \ -t \ ¦ ° ú H { 9 ¦ K " f ¸¿ º Bethe-Bloch d Ü
¼ Ð Å Ò# Q ë ß p u _ ¨ î ç H \ -t \ ¦ { 9 H כ s m ©
ñ 6 x H B | 9 _ ¿ ºa \ " f \ -t < Hz ´ כ ¹1 l x É r
Ø Ô> > ÷ & 9 8 £ ¤& ñ ô Ç ñ_ ¦ì r í ¸ É r
¸ ª ` ¦ ° ú > ) a . { 9 ~ ½ Ó s B | 9 ? /\ " f Ø æì r y
\
-t \ ¦ { 9 H â Ä º (¿ º î r B | 9 ) H · ú ¡" f Fe-55_ õ ü
< ° ú s ¦ ì r í Gauss < ÊÃ º_ ¸ ª ` ¦ ° ú > ÷ &t ë ß Õ
ªX O t · ú § É r · û ª É r B | 9 _ â Ä º H 6 £ § d Ü ¼ Ð ³ ð & ³÷ & H Landau ì r í\ ¦ ° ú > ) a ¦ · ú 94 R e [12].
L(λ) = 1
√ 2π exp{− 1
2 (λ + e
−λ)}, λ = ∆E − E
mpξ
(1)
#
l " f, ∆E H z ´] j \ -t < Hz ´, E
mp H þ j \ -t
< Hz ´ ° ú כ (most probable energy losses), ξ H ì r í < ÊÃ º_
;
¤` ¦ & ñ H s .
Ø ¦ l $ í 0 p x \ ¦ 0 AK : r z ´+ « >\ " f 6 x ) a # Q t
~ ½ Ó " é ¶ × æ \ " f Fe-55 èÛ ¼ (5.9 keV)_ â Ä º H 0 A Fig. 3 \ · p כ õ ° ú s Gauss ì r í < ÊÃ º\ ¦ Ø Ô H
¦ì r í\ ¦ Ðs t ë ß Ã ºÑ þ keVs © ` ¦ ° ú H q §& h Z } É r
\
-t \ ¦ ° ú H ~ ½ Ó " é ¶[ þ t _ ¦ì r í H ¸¿ º q @ /g A
¸ ª ` ¦ Ð% i . à Р¦ë H ³ [12]\ " f ¸ / å L ÷ & ¦ e t ë ß { 9
{ 9 _ \ -t H % ò % i (MIP< Ê É r Õ ª Ð 8 H % ò
%
i ) \ " f H 0 A (1) d Ü ¼ Ð Å Ò# Q ¦ì r í\ ¦ | 9 כ Ü ¼
Ð l @ / ¦ ª $ í c (FermiLab, Chicago)` ¦ @ / © Ü ¼
Ð Ø ¦ l _ Û ¼à Ô\ ¦ % i . 6 x 0 p x ô Ç c _ ] jô ÇÜ ¼ Ð
K ª ô Ç \ -t \ ¦ @ / © Ü ¼ Ð z ´+ « > É r # Q 9 ° ?Ü ¼ 9 120 GeV _ ª $ í c ` ¦ @ / © Ü ¼ Ð z ´+ « >` ¦ % i Ü ¼ 9 Õ ª õ
\
¦ Fig. 4 \ ? /% 3 .
Fig. 4 \ " f 5 Å q s " é ¶ Ü ¼ Ð ³ ðr ô Ç Õ ªA á Ô H 8 £ ¤& ñ ô Ç X <
s
' s 9 Ï ã T É r z ´ É r 0 A (1)d Ü ¼ Ð / B G ´ ú » ¡ § ô Ç õ
s . Õ ªa Ë >\ " f Ð1 p w s z ´+ « > õ H s : r s ] jr ô Ç d (1) õ H ´ ú § É r s \ ¦ Ð% i . s s _ " é ¶ \ @ /K " f
H 7 á § 8 ¸ ÷ &# Q xt ë ß , · ú ¡" f II-3\ " f / å L ô Ç 7 £ x
;
¤ l _ Ö ¼ 2 ; 5 Å q ¸ Ð ô Ç ñ_ × æ^ o ? & ³ © s ¦ì r í _
=/ B G` ¦ { 9 Ü ¼ כ Ü ¼ Ð Æ Ò8 £ ¤ ) a . z ´+ « > { © r _ c _ 5
Å q (flux) É r 4 ∼ 5 × 10
10% i H X < s H : r Ø ¦ l \ " f
6 x ô Ç readout r Ð_ 5 Å q ¸\ ¦ y î ß ô Ç ñ × æ^ o ?_
0 p x$ í ` ¦ Ø æì r y \ V © ½ + É Ã º e . s & ñ ` ¦ 7 £ x l 0 A K
" f H ± ú É r 5 Å q` ¦ @ / © Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ` ¦ É r > Ã º
0 p x ô Ç ñ% o r Ð\ ¦ 6 x # t ë ß z ´+ « > #
|
© z ´' t H 3 l w % i .
Fig. 3 \ · p Fe-55\ ¦ 6 x ô Ç z ´+ « >\ " f ¸ s ü < Ä »
ô Ç õ \ ¦ ' a8 £ ¤ % i . èÛ ¼ (Fe-55, 100 µCi)\ ¦ Ø ¦ l
½ Ó\ f ] X Â Ò Ã Ì ¦ 8 £ ¤& ñ ` ¦ % i ` ¦ M : H Û ¼& 7 à Ô! 3 _
¸ ª s Gauss < ÊÃ º ¸ ª \ " f ´ ú §s # Á # Q e % 3 Ü ¼ 9 ¿ º x
ß ¼_ ì r o ¸ ì r" î t · ú §` ¦ & ñ ¸ Ð ñ\ =/ B G s { 9
#
Qz ¤ . : r z ´+ « >\ " f H Z } É r > Ã º Ö ¦ Ð ô Ç Û ¼& 7 à Ô! 3 = /
B
G` ¦ x l 0 AK èÛ ¼\ ¦ Ø ¦ l ½ ÓÜ ¼ ÐÂ Ò' 2 cm b
#
Q / B M \ 0 Au r v ¦ ¿ ºa 4 mm\ f â 4 mm _ ½ ¨" í
`
¦ Ý ü É r ± ú ó ø Í` ¦ Ø ¦ l ½ Ó\ Â Ò Ã Ì # > Ã º Ö ¦` ¦ ± ú Æ Ò# Q 8
£ ¤& ñ % i (Fig. 3).
IV. + s Ç Â ] Ø
GEM l Õ ü t` ¦ s 6 x # ~ ½ Ó Ø ¦ l \ ¦ ] j % i .
Ø ¦ l chamber, readout r Ð, DAQ á Ô ÐÕ ªÏ þ ] j
1 p x, GEM Ø ¦ l ] j x 9 $ í 0 p x ì ø Í\ 2 ; è> h
\
¦ : x K l ^ Å Ò{ 9 + þ A ~ ½ Ó Ø ¦ l \ @ /ô Ç s K \ ¦ [ v
¦ Ø ¦ l ] j \ 9 כ ¹ô Ç y é ß > Z > t g Ë > x 9 l ï r` ¦ ] jr
% i . ] j ô Ç Ø ¦ l H X- , y , Z , ª $ í c
1 p x` ¦ @ / © Ü ¼ Ð ¦ì r í\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, Fe-55 èÛ ¼
\
¦ s 6 x ô Ç ¦ì r í 8 £ ¤& ñ \ " f H 5.9 keV x ß ¼\ " f ì r K 0
p x 15.5 % _ õ \ ¦ % 3 % 3 .
P
c p 8 ý ò k >
s
7 Hë H É r 2007¸ ¸ ½ Ó" é ¶ @ / < Æ § ½ ¨q \ _ # Â Ò ì
r& h Ü ¼ Ð ½ ¨÷ &% 3 . Ö ¦ Q, ô Dz D G õ < ÆF é ß : £ ¤& ñ l í
½ ¨ (R01-2006-000-10061-0)_ t " é ¶ Ü ¼ Ð ½ ¨_ { 9 Â Ò
Ã
º' ÷ &% 3 .
Y
c p w à U Ø ô
[1] F. Sauli, Nucl. Instr. and Meth. A 386, 531 (1997).
[2] J. Benlloch, A. Bressan, M. Cape´ ans, M. Gruw´ e, M.
Hoch, J. C. Labb´ e, A Placci, L. Ropelewski and F.
Sauli, Nucl. Instr. and Meth. A 419, 410 (1998).
[3] S. Fetal, C. W. E. van Eijk, F. Fraga, J. de Haas, R. Kreuger, T. L. van Vuure and J. M. Schippers, Nucl. Instr. and Meth. A 513, 43 (2003).
[4] P. S. Barbeau, J. I. Collar, J. D. Geissinger, J.
Miyamoto, I. Shipsey and R. Yang, Nucl. Inst. and Meth. A 515, 439 (2004)
[5] P. S. Barbeau, J. Collar, J. Miyamoto and I. Shipsey, Nucl. Inst. and Meth. A 525, 33 (2004).
[6] Seongtae Park, Changhie Hahn, Ilgon Kim, Dong- sun Yoo, Byungsoo Moon and Kiwan Jang, J. Ko- rean Phys. Soc. 51, 1650 (2007).
[7] C. H. Hahn, I. G. Kim, S. T. Park, W. J. Kim, B.
S. Moon, D. S. Yoo, S. Y. Ha, B. J. Ahn, Y. J. Ha, C. Y.Jung, S. H. Jung, B. H. Cho, B. C. Lee, Y. H.
Han, C.E. Chung, J. Li, A. P. White and J. Yu, J.
Korean Phys. Soc. 50, 961 (2007).
[8] A. Bressan, R. De Oliveira, A. Gandi, J.-C. Labb´ e, L. Ropelewski, F. Sauli, D. M¨ ormann, T. M¨ uller and H. J. Simonis, Nucl. Instr. And Meth. A 425, 254 (1999).
[9] R.H. Menk, F. Arfelli, S. Bernstor, D. Pontoni, A.
Sarvestani, H.J. Besch and A. H. Walenta, Nucl.
Instr. and Meth. A 422, 698 (1999).
[10] J. M. Maia, D. M¨ ormann, A. Breskin, R. Chechik, J.F.C.A. Veloso and J.M.F. dos Santos, J. Instr. 2, P09008, 2007.
[11] M. Furlan and K. Schmiemann, Nucl. Instr. and
Meth. A 374, 115 (1996).
[12] F. Sauli, CERN 77-09, 1977.
Fabrication of a Gas Electron Multiplier (GEM) Radiation Detector with a Single Channel and Its Performance Test
Youngja Ha, Bongjae Ahn, Seongtae Park and Chang Hie Hahn
∗Department of Physics, Changwon National University, Changwon 641-773
(Received 4 February 2008)
We fabricated a radiation detector with a gas electron multiplier (GEM). This fabrication will provide a standard GEM detector. To test the efficiency of our fabricated radiation detector, we measured the energies deposited by electron beams and radiation sources inside the GEM chamber with Ar:CO
2=80:20 gas mixtures. The pulse-height distributions, based on the obtained data, had Gaussian or Landau distributions. The energy resolution of our detector was about 15.5% in the test using on Fe-55 standard source, which is to shows that the efficiency of our fabricated radiation detector is very good.
PACS numbers: 29.40.Cs, 07.50.Qx
Keywords: Gas electron multiplier (GEM), Radiation detector, Electron avalanche, Readout electronics circuit, Performance test, Pulse height distribution
∗
