CO₂基混合气体中GEM探测器长期稳定性的表面机制

理解在CO₂基混合气体中运行的气体电子倍增器（GEM）的化学稳定性对于提高探测器寿命和可靠性至关重要。本工作中，我们通过近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）和互补的拉曼映射研究了CO₂分子与GEM箔铜电极之间的相互作用。测量结果显示，CO₂暴露促进了未处理表面上CuO向Cu₂O的轻微还原，而溅射清洗的箔片保持金属态和化学稳定性。拉曼光谱证实了Cu₂O的主导地位，并在微米尺度上显示出CuO的空间异质性贡献，为XPS推断的氧化态演化提供了结构支持。碳1s谱识别出羰基（C=O）、C-O、碳酸盐和羟基物种，表明氧化铜位点介导了表面反应和含氧薄膜的形成。在O 1s区域观察到一个与离子化气相CO₂物种一致的光谱特征，表明在采集过程中气相的一部分可能在近表面区域被电离。这对GEM探测器很重要，因为雪崩中产生的CO₂⁺和其他电离物种可以与铜电极相互作用。这些发现表明CO₂不仅作为淬灭剂，还作为弱反应性组分，能够建立有利于形成薄无机含氧层的自限制氧化还原平衡。这类层预计比烃基混合气体中通常形成的聚合物或碳质沉积物更不容易积聚电荷。这些结果为GEM稳定性的底层机制提供了实验见解，并有助于更深入地理解基于GEM系统的老化现象。