Production and cosmic ray test of multigap resistive plate chamber

Abstract

전통적인 가스 검출기는 믿을만하고 상대적으로 저렴하며, 만들기나 작동하기가 용이하다. 저항 판 검출기 (RPC) 는 만들기 쉬운 가장 단순한 가스 검출기 중의 하나로 최근에 RPC의 용도가 뮤온 (muon) 검출을 위해 고려되어 왔다. 우리의 최종 목표는 중성자 (neutron) 검출에 적당한 rate capability 를 가지면서 공간 해상도와 시간 분해능이 좋은 가격이 저렴한 큰 면적의 검출기를 생산하는 것이다. 우선, 다중 겹 저항 판 검출기 (MRPC) 로 알려진 RPC를 개발하였다. 4 개의 가스 간극을 가지는 MRPC 가 만들어 졌고 평행 판 전극과 함께 테스트 되었다. 이 6 cm × 6 cm 의 면적의 MRPC 에 관한 실험 결과가 토의되었다. 총 간극이 약 4 mm 이므로 많은 비율의 프레온 (Freon) 을 포함하는 가스 혼합물이 사용되었다. MRPC 의 성능은 우주선 (cosmic ray) 을 사용하여 연구되었다. 또, 가스 혼합물에 SF_6 가 첨가되었을 때의 성능을 조사하였다. 검출기의 효율과 시간 분해능이 다양한 가스 혼합물에 대해 고전압 (high voltage) 의 함수로서 측정되었다. C₂H₂F₄ 95 % + i-C₄H_10 3 % + SF_6 2 % 의 가스 혼합물에 대해 MRPC 를 테스트하여 85 % 의 효율을 얻었다. MRPC 가 우주선에 노출되었을 때 시간 반응 (time response) 은 3 ~ 5 ns 의 FWHM (Full Width at Half Maximum) 에서 얻어졌다. ; The traditional gaseous detectors are reliable, relatively cheap, easy to build and operate. A resistive plate chamber (RPC) is one of the simplest gaseous detectors to construct and the use of the RPC has been recently considered for the muon detection. Our final purpose is to produce a cheap large area detector that has good spatial and time resolution and has a rate capability suitable for the neutron detection. First, we have developed a type of the resistive plate chamber known as the multigap resistive plate chamber (MRPC). The 4 multigap RPC has been built and tested with planar electrodes. Results of experimental tests on this MRPC of 6 cm× 6 cm area have been discussed. Since the total gap was ~ 4 mm, a gas mixture containing a large fraction of Freon could be used. The performance of a MRPC operated with Freon (C₂H₂F₄), has been experimentally studied using cosmic rays. We also examined the performance when SF_6 was added to the gas mixture. Efficiency and timing resolutions were measured as a function of high voltage and for various gas mixtures. The maximum efficiency of 85 % has been obtained using the following gas mixture: C₂H₂F₄ 95 % + i-C₄H_10 3 % + SF_6 2 %. The time response of the multigap RPC when exposed to cosmic rays is a FWHM of about 3 ~ 5 ns.