LHAASO-KM2A工作组月度进展报告 - 科学院高 .pptVIP

* * LHAASO计划电子探测器预研进展 盛祥东 高能物理分会第八届全国会员代表大会暨学术年会 2010年4月17日—19日 南昌 * 报告内容 1. 电子探测器的设计特点 2. 光电倍增管的性能测试 3. 电子探测器的性能测试 4. 电子探测器小阵列在IHEP的试运行 5. 小阵列在ARGO实验大厅的搭建及运行 总结与展望 图 LHAASO阵列示意图 KM2A参与的主要科学目标： （1） 30TeV以上γ天文。对河内γ源的灵敏度在50TeV处达到1% Crab，寻找宇宙线源存在的直接证据等； （2） 实现超高能区宇宙线能谱和成分的测量。（同WCDA、SCDA、WFCA等复合观测） KM2A阵列的规模： 整个KM2A阵列由5137个电子探测器（单个ED面积为1m2，间距为15米）和1209个μ探测器(单个MD面积为36m2，间距为30米）组成，探测器单元呈三角形均匀排列。 地面粒子阵列（KM2A）及其中的电子探测器 电子探测器的设计指标 每个电子探测器将测试能量超过5MeV的簇射带电粒子的密度和到达时间。其中，测试粒子数的动态范围：1—4000个粒子。另外，对光电倍增管输出信号和后续的读出电子学而言，要求其粒子数分辨率达到：25%@单粒子，5%@4000个粒子以及时间分辨率小于2ns。 1. 电子探测器的设计特点 图 探测器单元“Tile”结构 “cassette” 图 电子探测器外观 电子探测器的设计结构： * 4×4个闪烁体单元（称为“Tile”）组成一个电子探测器灵敏区； * 每块Tile的尺寸为25cm?25cm?2cm； * “Tile” 表面埋设8根长度为30cm的波长位移光纤（BCF92）； * 波长位移光纤一端镀铝，另一端与2.5m长的透明光纤（BCF98）通过光学胶相连； * “Tile”外部包裹一层Tyvek反射膜，以提高光收集效率； * 每个电子探测器全部128根光纤汇成一束，将收集的闪烁光传递给一只光电倍增管的光阴极上。光电倍增管阳极输出信号由后续的电子学进行相应处理; * 当前电子探测器的外壳为铝制结构。新的铁壳（作为EAS次级光子转换体）结构将出现在未来电子探测器的优化设计之中。 2. 光电倍增管的性能测试 60只XP2012B光电倍增管（端窗、直线聚焦、锥形分压设计）的测试： a. 高压响应 （β值） 光电倍增管的增益（Gain）是工作高压的函数。 实验测试给出的β值平均约为7.63-7.86。 b. 线性度 阳极脉冲电流的线性变化由几十微安到近80毫安，跨越3个量级。 c. 单光电子峰的测量 测试多只光电倍增管的单电子幅度谱，计算出的绝对增益约为107。 d. 地磁效应的影响等 北京地区的地磁强度为0.55高斯，磁倾角约为58度。测试地磁场中光电倍增管的不同放置方式下信号输出幅度的变化特点，结果显示其最大影响接近10%。 XP2012B 光电倍增管 图 XP2012B型光电倍增管单光电子峰的测量 图 地磁效应的影响 3. 电子探测器的性能测试 Telescope实验装置图 实验上对40个电子探测器进行一系列的测试（包含对各Tile单元进行扫描），给出相应的单μ幅度谱和相应的时间分辨。 （1） 实验室搭建测试电子探测器的Telescope。 用于触发的两个闪烁体小探头，分别置于Telescope上下位置，用于符合选择近垂直入射muon，压低噪声引起的偶然符合事例率。 （2） FEE板电子学标定 各路channel台阶长期运行的稳定性监测； 每路channel的放大倍数（包含High Gain和Low Gain）的标定； 每路Channel输入电荷量与输出幅度值之间的线性关系的标定等 实验结果： 单muon测试时，电子探测器的光阴极可以得到超过10个光电子； 同一“Tile”上不同位置上的平均信号幅度基本一致； 不同电子探测器上各“Tile”之间的响应差别稍大，问题尚需进一步研究解决； 当前的测试结果时间分辨好于1.8ns，如果考虑对过阈甄别测量不同幅度信号导致的time-walk效应的影响进行修正，得到的探测器的时间分辨将会更好。 电子探测器的时间分辨测量 图 电子探测器的单muon幅度测试谱 （光阴极产生的光电子约为10个） （2） 电子探测器测试海平面muon计数率 利用电子探测器测量海平面宇宙线μ，得到： * 海平面μ流强 * μ计数率随天顶角的变化特点 * μ计数率随等效水深的变化特点 实验测试得到的结果与当前实验结果或预期值较为一致，表明电子探测器具备正常、可靠的探测性能，为更