PMT批量測試系統(tǒng)的優(yōu)化與PMT環(huán)境效應(yīng)研究.pdf

1、光電倍增管(PMT)是一種非常靈敏的光探測器件，能夠探測到單個光子，自被發(fā)明到現(xiàn)在已有幾十年的發(fā)展歷史。光電倍增管接受外界輸入的光信號，通過光電效應(yīng)將光子轉(zhuǎn)化成光電子，并利用倍增極對電子數(shù)進行倍增后輸出電信號。PMT在粒子物理實驗中得到廣泛應(yīng)用，其性能參數(shù)是影響實驗精度的重要因素，因此需要對其性能參數(shù)進行精確測量和標定。
　　 大型高海拔空氣簇射觀測站(LHAASO)是由宇宙線探測實驗，其主探測器列陣KM2A中也使用到光電倍增管

2、。山東大學(xué)自2009年開始參與LHAASO實驗，承擔著為LHAASO實驗測試5000支光電倍增管的任務(wù)，搭建了光電倍增管性能參數(shù)批量測試系統(tǒng)。經(jīng)過一段時間的建設(shè)，光電倍增管性能參數(shù)批量測試系統(tǒng)運行穩(wěn)定，而且具備了完備的測試功能，能實現(xiàn)單光電子峰、高壓響應(yīng)、均勻性、非線性、暗電流計數(shù)率等的測試，完全滿足LHAASO實驗的需求。并且測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)16支光電倍增管的同時測試，大大提高了測試效率。
　　 光電倍增管性能參數(shù)批量測試系統(tǒng)

3、軟硬件搭建完畢后，為進一步保證測試結(jié)果的穩(wěn)定、可靠，應(yīng)將系統(tǒng)的測試誤差盡可能的降至最低，為此對測試系統(tǒng)的各個部分進行了標定。首先，對測試系統(tǒng)LED光源進行了標定，LED光源的標定包括其長時間工作的穩(wěn)定性測試和溫度對LED光源發(fā)光強度的影響測試，測試結(jié)果表明LED在持續(xù)2個小時的的發(fā)光情況下，保持較高的穩(wěn)定性，發(fā)光強度變化在4％以內(nèi);溫度對LED發(fā)光強度有較大的影響，LED發(fā)光強度隨著溫度升高而減弱，溫度從10℃升至40℃，發(fā)光強度變化8

4、％。其次，對VME插件QDC(CAEN-V965)進行了標定，使用示波器和QDC兩種方法分別去測試方波信號的電荷量，由于示波器對特殊信號（方波）的測試結(jié)果精確度較高，所以用示波器的測試結(jié)果去標定QDC，實驗得到了QDC每一個channel所對應(yīng)的每一道所代表的電荷量的精確值。再次，對測試暗箱中的16個PMT放置位置處的光強進行了相對標定，測試得到暗箱中的16個位置中絕大多數(shù)光強都很接近，個別位置處光強過強或過弱。最后，測試了PMT動態(tài)范

5、圍和暗噪聲計數(shù)率，使用結(jié)合改變LED發(fā)光強度和距離的方法，實現(xiàn)了在較大范圍內(nèi)PMT線性區(qū)間的測試;實驗測試了暗噪聲計數(shù)率，主要測試暗噪聲計數(shù)率隨閾值的變化和暗噪聲計數(shù)率隨PMT工作增益的變化，工作增益越高PMT暗噪聲信號越強，如工作增益在106時，閾值設(shè)置在-3mV時，暗噪聲計數(shù)率在100Hz以下，而增益為107時，閾值設(shè)置在-15mV時才能保證暗噪聲計數(shù)率在100Hz以下。
　　 PMT的環(huán)境效應(yīng)研究主要包括溫度效應(yīng)測試和PM

6、T地磁效應(yīng)測試。首先，測試溫度對PMT的影響，其中包括溫度對光電倍增管增益和暗噪聲數(shù)率的影響。測試溫度范圍從5℃至45℃，結(jié)果顯示PMT絕對增益隨溫度上升而下降，下降幅度約為0.3％/℃;暗電流計數(shù)率隨溫度的上升而上升，尤其是當溫度超過30℃時，暗噪聲計數(shù)率隨著溫度上升開始急劇的增加，增長速度明顯高于之前。其次，測試了地磁場對PMT的影響，主要包括地磁對單光電子峰的影響、對多光電子情況的影響，以及不同工作高壓下受地磁場影響的大小，并且進