Conveners
Session 2 (Detector systems and applications)
- 玉兰 李
- 德俊 韩
高能同步辐射光源HEPS是我国首台第四代高能同步辐射光源，HEPS能量覆盖软X射线到高能硬X射线，最高能量达到300keV。HEPS优异的性能对探测器提出了较高的要求，在HEPS光源上希望探测器具有极高的动态范围，极低的噪声，较高的能量分辨以及时间分辨能力，以满足不同实验需求。目前，国内同步辐射光源探测器几乎全部依赖进口，高端X射线探测器国内尚无成熟产品，甚至无相关技术。在探测技术上，国内光源一直受制于国外，无法获得最先进的探测器。课题组针对目前同步辐射上常用的高端半导体探测器需求，开展了多项关键技术研究和探测器系统开发，掌握了部分探测器核心技术，并为HEPS光源研制国内首台套高端X射线探测器。报告将介绍项目组在二维像素阵列探测器、SDD能谱探测器、金刚石XBPM探测器、时间分辨探测器和硅微条探测器的进展和部分测试结果，展望同步辐射光源未来对探测器的需求。
在HL-LHC升级后，粒子通量瞬时亮度将高达约7.5×10^34cm^-2s^-1，这将严重影响ATLAS探测器的重建和触发性能。为了应对这一挑战，ATLAS第二阶段升级项目推出了高精度时间探测器（HGTD），旨在提供轨迹时间的精确测量（<50ps），以减轻堆积对物体重建的影响。此外，由于击中数与亮度成正比，HGTD还将提供以40MHz的速率读出的瞬时亮度测量。
HGTD由8032个前端模块组成，每个模块包括两个面积约为2×2cm^2的低增益雪崩探测器（LGAD），通过倒装焊连接到两个读出芯片（ALTIROC）上，并在挠性电路板的支撑下固定在一起。这些模块在探测器圆盘的两侧交叠排列，通过挠性电路板连接到PEB。
PEB充当前端模块和探测器外系统之间的桥梁，通过低功耗传输芯片（lpGBT）和光收发器（VTRx+）和光纤为探测器外的系统提供共享数据流，并为亮度监测系统提供专用的数据流...
在ATLAS谱仪的phase II升级中，将引入高颗粒度时间探测器。这一探测器采用了低增益雪崩探测器和专用集成电路组成，通过倒装焊的方式进行组装。随后，该组合体将与模块专用PCB利用点胶的方式进行固定，并通过引线键合进行自动化键合，形成探测器模块。本报告将详细介绍以下内容：利用龙门系统自动化的进行探测器模块组装，自动引线键合，利用OGP进行几何检查，利用电子学测试系统对倒装焊的连通性和前端电子学芯片进行检查，以及模块热稳定性测试。
高能环形正负电子对撞机（Circular Electron Positron Collider, CEPC）的顶点探测器，对于重味夸克重建与分辨至关重要。为了实现高精度的物理测量，对内层顶点探测器的物质量、空间分辨率、读出速度以及功耗等方面的性能提出了严苛的要求。为研制顶点探测器原型样机，研发团队研发一款名为TaichuPix的单片式像素探测器芯片，旨在实现优于5 微米的空间分辨率，抗总剂量辐照能力超过1 Mrad，并兼顾 CEPC 顶点探测器的最高击中率需求。TaichuPix芯片基于180 nm CMOS工艺研制，目前已经完成两版小规模原型芯片(25 mm2)和一版全尺寸原型芯片（~ 4 cm2）的设计和验证。本报告将介绍...
超级陶粲装置（STCF）是我国正在筹划中的下一代正负电子对撞机，其预期质心能量在2-7GeV，峰值亮度大于$\rm0.5\times10^{35} cm^{-2}\cdot s^{-1}$。单片有源像素传感器（MAPS）由于具有像素尺寸小、物质的量低等优势，被作为STCF内径迹探测器的一种可能的技术方案展开研究，简称为ITKM。结合STCF的物理目标，ITKM共设计三层，每层物质的量约0.3%$X_0$，像素尺寸大小设计为$\rm180\mu m\times30\mu...
ATLAS would have to decrease the uncertainty of the luminosity measurement of the HL-LHC from 2% to 1% to make sure the main physics goal of HL-LHC is achieved. However, the harsh radiation environment of HL-LHC throws serious challenges to the luminosity measurement. New luminosity detector should be explored. Due to the fast timing resolution and high resistance of LGAD, ATLAS plans to apply...
本文介绍了为中国高能同步辐射源设计的混合阵列像素探测器HEPS-BPIX的升级版HEPS-BPIX40的标定过程。 该探测器由40个探测模块拼接在一起形成约6M像素阵列，实现了从测量一种能量的X射线到同时测量两种能量的X射线的关键改进。 根据新的测量要求，进行双阈值扫描，量化能量与阈值之间的关系，并进行双阈值校准。 针对双阈值的阈值微调，引入了基于LDAC特性的精确算法，研究了双阈值之间的相互影响以及芯片之间的差异。 在精准的算法下，调整芯片之间的差异，成功将坏点率降低至0.01%； 而在不调整芯片差异的情况下，坏点率只能降低到0.05%。 通过这一系列工作，HEPS-BPIX40在大规模像素数和双阈值尺度方面取得了重大进展，为高能同步辐射光源探测领域的前沿研究提供了新技术和新方法。
针对目前空间X、γ射线探测对CdZnTe辐射探测器的需求，本文将简单介绍课题组在CdZnTe探测器应用于空间探测卫星载荷方面的研究进展。1）X射线时变与偏振探测卫星（XTP）背景型号中准直型X射线望远镜（要求能量范围10-100keV，4keV@59.5keV），研制完成32路CdZnTe探测器样机，采用5×5×2mm3 单平面探测器，能量分辨率为3.5keV@59.5keV，时间分辨率约为10μs；2）引力波暴高能电磁对应体全天监测器（GECAM）预研项目中载荷伽玛射线探测器（要求能量范围6 keV-2 MeV，能量分辨率<6%@662keV，计数率2000-20000...
在过去几十年中，CdZnTe(CZT)探测器因其高原子序数、室温工作和出色的能量分辨率而被广泛应用于天文X射线和伽马射线探测领域，并取得了显著成就。目前，清华大学MeV Astrophysical Spectroscopic Surveyor...
传统的硅微条是由半导体集成电路技术制备而成；为了摆脱对高端集成电路设备和技术的依赖，我们创新地发展了基于肖特基原理和技术的改性硅微条。通过选用合适的高功函数金属以及处理方式，制备出基于肖特基势垒的硅微条。测试表明，硅微条的能量分辨率达到了0.5%。硅微条的抗辐照性能优秀。
在轨卫星上使用了大量的集成电路，但是由于其所处的特殊空间辐射环境，重离子、高能质子等射线击中集成电路，会导致集成电路出现单粒子效应。对于研究人员，我们非常关心集成电路单粒子效应的发生概率以及单粒子敏感点，从而针对性提高其抗辐射能力。为了提高单粒子效应的效率和准确性，提高航空航天集成电路的研发进程，我们基于先进硅像素芯片提出了一套用于单粒子效应高效率微米级定位的装置，名字叫Hibeam-SEE，该装置能够精确定位束流中的每个引发单粒子效应的重离子在被测集成电路上的击中位置。Hibeam-SEE系统包含三个部分，重离子定位系统，单粒子检测系统，在线粒子定位算法。重离子定位系统能够实时定位束流中每个粒子的径迹，通过外部触发信号进行数据读出。单粒子检测系统实时检测被测器件是否发生单粒子效应，当发生单粒子效应时，需要为重离子定位系统提供触发信号。粒子定位算法将重离子定位系统读出的数据进行图像重...
