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低温高密度核物质谱仪（CSR External-target Experiment,简称CEE）建成后将成为我国第一台运行于GeV能区用于研究QCD相图、核反应动力学、致密天体性质等基础科学问题的大型核物理实验装置,其主要科学功能是实现对中能重离子碰撞产物的近全空间探测。谱仪的主要由超导二级铁、飞行时间探测器、时间投影室、多丝漂移室和零度角量能器等几部分构成,其中TPC（Time Projection Chamber）置于超导二级铁中心用于测量带电粒子的三维径迹,并结合相关探测器给出所探测粒子的动量信息。本文基于CEE-TPC的参数指标,设计了小型TPC原理样机,主要为正式版TPC中的关键问题进行预研。TPC研制中的重点主要为以下三个方面:读出端探测器的选择及其性能研究、均压场笼的结构设计、大面积读出电极的设计。CEE中计划选用具有较好正离子反馈性能及各向同性读出性能的GEM（Gas Electron Multiplier）作为TPC读出端探测器。基于此,文中通过Garfield++模拟与实验室测试,系统的研究了GEM探测器在不同电场条件下的传输性能,为CEE-TPC在束流实验中最佳工作点的选择及刻度修正提供了数据参考。在小型TPC场笼的设计中,首先通过模拟研究了不同均压场笼构型下漂移区电场的分布,确定了TPC场笼的最佳构型。基于此构型,并结合小型TPC原理样机尺寸要求,设计了对应的柔性电路板均压场笼。同时为保证TPC漂移区电场好场区尺寸,文中设计了有机玻璃探测器外壳,将柔性场笼与探测器外壳作为一个整体测试使用。另外,小型TPC样机中,采用了多层叠结构及盲埋孔的Pad设计方案,用于减小了系统噪声,同时防止了相邻Pad信号间的串扰。小型TPC组装完成后对其进行了实验室的初步测试,使用55Fe测得的探测器能量分辨均值为25%,其在GEM灵敏区内的均匀性为8.5%;三层GEM级联读出的探测器增益可长期稳定在104以上,GEM灵敏区内的均匀性好于3%。