博士论文-LHAASO-KM2A探测器与原型阵列设计及性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘佳
|
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曹臻 |
| 关键词 | 一平方公里阵列 电磁粒子探测器 原型阵列 优化设计 |
| 学位专业 | 粒子物理与原子核物理 |
| 中文摘要 | 大型高海拔空气簇射观测站LHAASO（Large High Altitude Air Shower Observatory），主要是由电子探测器（ED）、μ子探测器（MD）、水契伦科夫探测器阵列（WCDA）、广角契伦科夫望远镜阵列（WFCTA）和芯探测器（SCDA）组成，占地面积一平方公里。LHAASO计划的核心目标是探索宇宙线起源并研究其加速及传播的物理机制，开展全天区伽马源扫描并对伽马能谱精确测量，探索高能宇宙线粒子在加速的过程中出现的辐射机制，对单个成分的宇宙线粒子谱进行测量，准确定位“膝”的位置，实现空间卫星测量与地面簇射阵列测量宇宙线之间的衔接，给出宇宙线能谱的测量结果，拓展新物理研究如暗物质的研究。 作为LHAASO的主体阵列，一平方公里阵列（简称KM2A: Kilometer-square Array）覆盖LHAASO三个主要科学目标中的两个即：超高能宇宙线起源和宇宙线物理。为了实现这两个科学目标，经过详尽的Monte Carlo模拟研究，对于整个阵列有了一个优化设计布局，同时对单元探测器提出了物理指标，又根据实验的实际需要对单元探测器提出了具体的要求：单元探测器面积为1m*1m；单粒子幅度响应光电倍增管有20个光电子输出，同时可以实现1-10000个粒子的动态范围；时间分辨小于2ns；探测器输出一致；单元探测器要在10年的实验运行期间，幅度输出变化量小于20%；探测器内温差控制在30°C，保证探测器的温度效应小于5%；每个探测器相互独立，互不干扰，可以简单便捷的安装和维修；整个探测器要防水密闭；探测器数量巨大，需要实现批量生产与安装。 本文根据单元探测器的具体指标，通过调研当今世界上的探测器方案，同时利用Geant4探测器模拟和验证实验，确定了探测器设计方案|塑料闪烁体加光纤，光电倍增管读出的ED单元。利用模拟程序和大量的验证实验对这样结构的探测器方案作了几何优化设计，同时对在实验中涉及到的闪烁体，光纤，反射层，光电倍增管和外壳等进行了细致的研究。最后确定了探测器的整体细节方案，并摸索了一套批量生产与安装的方法，制作了两个原型探测器，通过对它们的测试满足我们对ED探测器提出的指标。 同时本文的另一项工作是通过搭建KM2A阵列1%规模的原型阵列，通过与ARGO-YBJ实验的符合事例检验了原型阵列各项性能指标，如阵列阈能，能量响应，芯位重建精度，角分辨。利用原型阵列两年的数据，对月亮阴影的分析和ED探测器的单粒子幅度谱的监测，检验了阵列的指向精度和长期稳定性。原型阵列的各项性能检验了KM2A阵列的最终设计布局，认为现有的设计布局是合理的，可以实现将来KM2A阵列在LHAASO实验中承担的科学目标。在搭建原型阵列期间，调试了电子学和DAQ系统，同时通过原型阵列搭建也为我们安装整个KM2A阵列积累了宝贵的经验。在原型阵列数据处理中，编写了处理和重建程序，对处理数据和大气广延簇射有了很深的认识。 |
| 学科主题 | 粒子物理与原子核物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209267]  |
| 专题 | 粒子天体物理中心_学位论文和出站报告 高能物理研究所_粒子天体物理中心 高海拔宇宙线观测站_本单位学位论文 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘佳. 博士论文-LHAASO-KM2A探测器与原型阵列设计及性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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