Radiation detector development in KAERI

Abstract

The radiation detector research group in KAERI has developed two types of gas-filled radiation detectors, a Gas Electron Multiplier (GEM) and an ion chamber. The double GEM and triple GEM were fabricated and operated in several gas mixtures to obtain large gains of about 5-104 and 6-105, respectively, in the Ar/Isobutane mixture. For the application to GEM Photo Multiplier (GPM), the ion feedback dependency of the double GEM was carefully measured according to the drift electric field, the transfer field, the asymmetry of the GEM voltage, and the effective gain in various gas mixtures. The ion feedback depends significantly on the drift field and the effective gain, however it is almost independent of the gas mixture. A model of ion feedback in a double GEM structure was derived, and its prediction was compared with the experiment. The optimum value of the transfer field and the dependency of the collection current with respect to the drift, transf er, and collection field strengths for the GEM voltage sharing in the double GEM were measured. An air-filled ion chamber was designed and fabricated as a prototype of the beam loss monitor for the high power accelerator. The collection efficiency and stability of the ion chamber with respect to the different radii of anode electrode were measured.

Исследовательской группой KAERI по радиационным детекторам разработаны два типа газонаполненных радиационных детекторов — газовый электронный умножитель (GEM) и ионизационая камера. Изготовлены двойной GEM и тройной GEM и испытаны с применением различных газовых смесей; высокие коэффициенты умножения (соответственно 5-104 и 6-105) получены в смеси аргона с изобутаном. С целью применения GEM была тщательно измерена зависимость ионной обратной связи для двойного GEM от дрейфового электрического поля, транспортного поля, асимметрии напряжения на GEM и эффективного коэффициента умножения в различных газовых смесях. Ионная обратная связь существенно зависит от дрейфового поля и эффективного коэффициента умножения, однако почти не зависит от используемой газовой смеси. Разработана модель ионной обратной связи для двойного GEM, и сделанные на ее основе прогнозы сопоставлены с экспериментальными результатами. Измерено оптимальное значение транспортного поля и зависимости для коллекторного тока от напряженности дрейфового, транспортного и коллекторного полей для распределения напряжения в двойном GEM. Разработана и изготовлена воздушная ионизационная камера в качестве прототипа монитора потери пучка в ускорителе высокой мощности. Измерены эффективность сбора и стабильность работы ионизационной камеры при различных радиусах анодного электрода.

Дослідницькою групою KAERI з радіаційних дєтєкторів розроблено два типи газона-повнених радіаційних детекторів — газовий електронний помножувач (GEM) та іонізаційна камера. Виготовлені подвійний GEM та потрійний GEM випробувані з застосуванням різних газових сумішей; високі коефіцієнти помноження (відповідно 5-104 та 6-105) одержано в суміші аргону з ізобутаном. З метою застосування GEM ретельно вимірено залежність іонного зворотного зв’язку для подвійного GEM від дрейфового електричного поля, транспортного поля, асиметрії напруги на GEM та ефективного коефіцієнта помноження в різних газових сумішах. Мнний зворотний зв’язок істотно залежить від дрейфового поля та ефективного коефіцієнта помноження, однак майже не залежить від використаної газової суміші. Розроблена модель іонного зворотного зв’язку для подвійного GEM і прогнози, зроблені на її основі, зіставлені з експериментальними результатами. Виміряно оптимальне значення транспортного поля та залежності для колекторного струму від напруженості дрейфового, транспортного та колекторного полів для розподілу напруги у подвійному GEM. Розроблена та виготовлена повітряна іонізаційна камера як прототип монітора втрати пучка у прискорювача високої потужності. Виміряно ефективність збору та стабільність роботи іонізаційної камери при різних радіусах анодного електрода.