CEPC强子量能器-GEM探测器初步设计：自张紧工艺与数据获取系统

"国家重点研发计划GEM_HCAL初步设计方案20171019(王宇修改)1" 本文档详细介绍了国家重点研发计划中的“高能环形正负电子对撞机相关的物理和关键技术预研究”项目，特别是“强子量能器-GEM”课题的初步设计方案。该课题旨在满足CEPC（环形正负电子对撞机）对于高能物理实验的需求，尤其是能量分辨和成本效益方面。 CEPC要求高颗粒度的成像型量能器，以实现优异的能量分辨。GEM（气体电子倍增）探测器因其大面积、紧凑性和高MIP（最小离子化粒子）探测效率成为理想的候选方案。GEM探测器的关键性能指标包括面积需达到0.5m×1m，且探测效率超过95%。 在技术方案方面，研究团队计划采用自张紧工艺制造双层GEM探测器。自张紧工艺已被证实可以有效应用于大面积GEM探测器的制作，课题组已经成功制作出不同尺寸的3-2-2-2和3-1-1结构的GEM探测器。此工艺有助于提升探测器的性能和稳定性。 读出系统则规划采用可扩展的读出电子学系统（SRS），包括前端读出板（FEB）、探测器接口板（DIF）和数据采集板（DAQ）。FEB利用半数字化读出芯片集成电子学前端，减少“死区”并优化读出效率。DIF板负责慢控制、数据读出、供电和刻度功能，与FEB板通过柔性连接器连接。DAQ板通过光纤与多层DIF板通信，负责数据打包、发送以及时钟和触发同步。 关于技术方案的可行性，自张紧工艺的成功应用为实现更大面积的双层GEM探测器奠定了基础。同时，市场上已有多种数字化和半数字化读出ASIC可供选择，这为开发高性能读出系统提供了可能。这些ASIC的运用将有助于提高数据处理能力和系统的整体性能。 总结来说，这个项目的目标是开发满足CEPC需求的大面积、高性能GEM探测器，并配套设计高效的读出电子学系统。通过自张紧工艺和先进的读出技术，有望实现高分辨率、高效率的粒子检测，推动中国在高能物理领域的科技进步。