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未来环形正负电子对撞机物理和探测器技术设计报告（CEPC physics & detector TDR）将在2025年发布。高颗粒度读出的气体时间投影室（TPC, Time Projection Chamber）将是主径迹探测器的重要选项。面对CEPC Z-pole运行模式下高亮度（10$^{36}$ cm$^{-2}$$\cdot$s$^{-1}$），高事例率的环境，对TPC提出了更高的物理和性能需求，比如粒子鉴别能力好于3%（dE/dx+dN/dx），空间位置分辨达到$\mathcal{O}(100\mu m)$。本研究小组基于CEPC TDR中更新的径迹探测器几何尺寸，开展了一系列TPC关键技术和高亮度下TPC灵敏体积内击中率的研究，包括TPC束流本底，不同大小读出像素的击中率和占空比，以及不同本底水平下TPC的空间畸变。为CEPC整个探测器设计优化提供了重要参考。
通过对TPC中事例的不同来源的分析和研究，课题组首先基于CEPC已有软件框架，实现对本底的全模拟，给出新几何尺寸下，Z-pole运行模式下TPC读出像素沿半径方向的击中率和占空比。模拟结果表明，对于500 $\mu m\times$500 $\mu m$大小的读出像素，最内层（半径60 cm处）单个读出像素单元的击中率约31.5 khits/s，占空比约为0.63%（200 ns时间窗，40 MHz采样率）。同时，通过与实际物理事例的模拟结果分析和对比，给出了不同本底水平下的击中率和占空比。结果表明：像素型读出TPC的占空比非常低，可满足探测和物理需求。课题组进一步计算得到了TPC中的空间电荷密度分布，并基于格林函数方法（Green’s function），通过数值求解泊松方程和朗之万方程，得到了不同本底水平下整个TPC内的电场畸变和空间畸变。计算结果表明，对于100倍物理事例下空间电荷密度，漂移距离2.9 m，TPC最内层空间畸变约400 $\mu m$。给出了机械探测器接口（MDI，Machine Detector Interface）优化设计本底的范围。
