lhaaso-km2a工作組月度進(jìn)展報(bào)告-中國科學(xué)院高能物理

1、1,1,LHAASO計(jì)劃電子探測(cè)器預(yù)研進(jìn)展,盛祥東 高能物理分會(huì)第八屆全國會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)年會(huì) 2010年4月17日—19日 南昌,2,2,報(bào)告內(nèi)容,,1. 電子探測(cè)器的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2. 光電倍增管的性能測(cè)試 3. 電子探測(cè)器的性能測(cè)試 4. 電子探測(cè)器小陣列在IHEP的試運(yùn)行 5. 小陣列在ARGO實(shí)驗(yàn)大廳的搭建及運(yùn)行 總結(jié)與展望,3,圖 LHAASO陣列示意圖,,KM2A參與的主要科學(xué)目標(biāo)：（1） 30T

2、eV以上γ天文。對(duì)河內(nèi)γ源的靈敏度在50TeV處達(dá)到1% Crab，尋找宇宙線源存在的直接證據(jù)等；（2） 實(shí)現(xiàn)超高能區(qū)宇宙線能譜和成分的測(cè)量。（同WCDA、SCDA、WFCA等復(fù)合觀測(cè)）KM2A陣列的規(guī)模： 整個(gè)KM2A陣列由5137個(gè)電子探測(cè)器（單個(gè)ED面積為1m2，間距為15米）和1209個(gè)μ探測(cè)器(單個(gè)MD面積為36m2，間距為30米）組成，探測(cè)器單元呈三角形均勻排列。,地面粒子陣列（KM2A）及其中的電子探測(cè)器,電

3、子探測(cè)器的設(shè)計(jì)指標(biāo) 每個(gè)電子探測(cè)器將測(cè)試能量超過5MeV的簇射帶電粒子的密度和到達(dá)時(shí)間。其中，測(cè)試粒子數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍：1—4000個(gè)粒子。另外，對(duì)光電倍增管輸出信號(hào)和后續(xù)的讀出電子學(xué)而言，要求其粒子數(shù)分辨率達(dá)到：25%@單粒子，<5%@4000個(gè)粒子以及時(shí)間分辨率小于2ns。,4,1. 電子探測(cè)器的設(shè)計(jì)特點(diǎn),圖 探測(cè)器單元“Tile”結(jié)構(gòu),電子探測(cè)器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)： * 4×4個(gè)閃爍體單元（稱為“Tile”）

4、組成一個(gè)電子探測(cè)器靈敏區(qū)； * 每塊Tile的尺寸為25cm?25cm?2cm； * “Tile” 表面埋設(shè)8根長(zhǎng)度為30cm的波長(zhǎng)位移光纖（BCF92）； * 波長(zhǎng)位移光纖一端鍍鋁，另一端與2.5m長(zhǎng)的透明光纖（BCF98）通過光學(xué)膠相連； * “Tile”外部包裹一層Tyvek反射膜，以提高光收集效率； * 每個(gè)電子探測(cè)器全部128根光纖匯成一束，將收集的閃爍光傳遞給一只光電倍增管的光陰極上。光電倍增管陽極輸出信號(hào)由后續(xù)的

5、電子學(xué)進(jìn)行相應(yīng)處理; * 當(dāng)前電子探測(cè)器的外殼為鋁制結(jié)構(gòu)。新的鐵殼（作為EAS次級(jí)光子轉(zhuǎn)換體）結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)在未來電子探測(cè)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)之中。,5,2. 光電倍增管的性能測(cè)試 60只XP2012B光電倍增管（端窗、直線聚焦、錐形分壓設(shè)計(jì)）的測(cè)試： a. 高壓響應(yīng) （β值） 光電倍增管的增益（Gain）是工作高壓的函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試給出的β值平均約為7.63-7.86。 b. 線性度 陽極脈沖電流的線性變化由幾十微安

6、到近80毫安，跨越3個(gè)量級(jí)。 c. 單光電子峰的測(cè)量 測(cè)試多只光電倍增管的單電子幅度譜，計(jì)算出的絕對(duì)增益約為107。 d. 地磁效應(yīng)的影響等 北京地區(qū)的地磁強(qiáng)度為0.55高斯，磁傾角約為58度。測(cè)試地磁場(chǎng)中光電倍增管的不同放置方式下信號(hào)輸出幅度的變化特點(diǎn)，結(jié)果顯示其最大影響接近10%。,XP2012B 光電倍增管,圖 XP2012B型光電倍增管單光電子峰的測(cè)量,圖 地磁效應(yīng)的影響,6,3. 電子探測(cè)器的性能測(cè)試,T

7、elescope實(shí)驗(yàn)裝置圖,實(shí)驗(yàn)上對(duì)40個(gè)電子探測(cè)器進(jìn)行一系列的測(cè)試（包含對(duì)各Tile單元進(jìn)行掃描），給出相應(yīng)的單μ幅度譜和相應(yīng)的時(shí)間分辨。 （1） 實(shí)驗(yàn)室搭建測(cè)試電子探測(cè)器的Telescope。 用于觸發(fā)的兩個(gè)閃爍體小探頭，分別置于Telescope上下位置，用于符合選擇近垂直入射muon，壓低噪聲引起的偶然符合事例率。 （2） FEE板電子學(xué)標(biāo)定 各路channel臺(tái)階長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)； 每路channel

8、的放大倍數(shù)（包含High Gain和Low Gain）的標(biāo)定； 每路Channel輸入電荷量與輸出幅度值之間的線性關(guān)系的標(biāo)定等,7,,實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 單muon測(cè)試時(shí)，電子探測(cè)器的光陰極可以得到超過10個(gè)光電子； 同一“Tile”上不同位置上的平均信號(hào)幅度基本一致； 不同電子探測(cè)器上各“Tile”之間的響應(yīng)差別稍大，問題尚需進(jìn)一步研究解決； 當(dāng)前的測(cè)試結(jié)果時(shí)間分辨好于1.8ns，如果考慮對(duì)過閾甄別測(cè)量不同幅度信號(hào)導(dǎo)致的time-w

9、alk效應(yīng)的影響進(jìn)行修正，得到的探測(cè)器的時(shí)間分辨將會(huì)更好。,電子探測(cè)器的時(shí)間分辨測(cè)量,圖 電子探測(cè)器的單muon幅度測(cè)試譜（光陰極產(chǎn)生的光電子約為10個(gè)）,8,,（2） 電子探測(cè)器測(cè)試海平面muon計(jì)數(shù)率 利用電子探測(cè)器測(cè)量海平面宇宙線μ，得到： * 海平面μ流強(qiáng) * μ計(jì)數(shù)率隨天頂角的變化特點(diǎn) * μ計(jì)數(shù)率隨等效水深的變化特點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的結(jié)果與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)結(jié)果或預(yù)期值較為一致，表明電子探測(cè)

10、器具備正常、可靠的探測(cè)性能，為更深入的應(yīng)用和測(cè)試提供保障。,9,海平面上μ計(jì)數(shù)率隨天頂角的變化特點(diǎn),海平面μ計(jì)數(shù)率隨等效水深的變化特點(diǎn),等效水深與muon積分流強(qiáng)的關(guān)系(上圖中，紅點(diǎn)是美國Caprice實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，藍(lán)點(diǎn)為本實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果),10,4. 電子探測(cè)器小陣列在IHEP的試運(yùn)行 (1) 小陣列的搭建 由40個(gè)電子探測(cè)器組成的小陣列已經(jīng)在北京IHEP搭建完成并投入運(yùn)行。它的規(guī)模占LHAASO計(jì)劃中電子探測(cè)器總數(shù)

11、的1%弱，這將有利于我們從小規(guī)模實(shí)驗(yàn)開始，積累建設(shè)較大規(guī)模探測(cè)器陣列的經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)而優(yōu)化探測(cè)器設(shè)計(jì)與陣列布局，解決涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題，使KM2A整體陣列布局成為可行的成熟的技術(shù)方案。,電子探測(cè)器小陣列的布設(shè)（局部）圖,11,12,（2） 小陣列的調(diào)試與數(shù)據(jù)處理 電子探測(cè)器小陣列在IHEP正式搭建完成，初步采數(shù)正在運(yùn)行，預(yù)計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間能夠持續(xù)一個(gè)月。 * 標(biāo)定3塊FEE讀出插件電子學(xué) 電子學(xué)標(biāo)定：

12、如記錄臺(tái)階變化、標(biāo)定FEE板各channel的High、Low Gain以及電荷讀出線性的標(biāo)定、單道計(jì)數(shù)率等)。 * DAQ調(diào)試 小陣列取數(shù)模式的調(diào)節(jié)、電子學(xué)配置（各通道的閾值配置，觸發(fā)條件等信息）以及數(shù)據(jù)和run信息存儲(chǔ)和增加GPS模塊，給每一個(gè)事例加上時(shí)間信息等 * 整個(gè)小陣列探測(cè)系統(tǒng)的在線標(biāo)定 以宇宙射線muon為入射粒子，利用兩個(gè)電子探測(cè)器搭成的標(biāo)定Telescope對(duì)小陣列中40個(gè)探測(cè)

13、器信號(hào)輸出時(shí)間、脈沖幅度等信息逐個(gè)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算各探測(cè)器間的記錄TDC時(shí)間的絕對(duì)差異和相應(yīng)的幅度值。 * 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理 當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集： 將30個(gè)探測(cè)器并入DAQ，trigger選擇 Nhit≥5。 數(shù)據(jù)處理面向：檢驗(yàn)小陣列各探測(cè)器的運(yùn)行狀態(tài)及穩(wěn)定性以及海平面小陣列記錄到的簇射事例率、產(chǎn)生的Nhit分布及事例方向重建等分析。 * 發(fā)展相關(guān)的小探測(cè)器模擬工作，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì),13,圖

14、 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果,圖 簇射事例的平面擬合,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)前小陣列的運(yùn)行基本正常，但各方面的調(diào)試與完善工作仍在緊張進(jìn)行，以便為不久后在羊八井的運(yùn)行做好充足的準(zhǔn)備。,14,,5. 小陣列在ARGO實(shí)驗(yàn)大廳的搭建及運(yùn)行 按照計(jì)劃，小陣列最終將于6月份在西藏羊八井ARGO大廳中心陣列區(qū)安裝運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)小陣列數(shù)據(jù)與ARGO數(shù)據(jù)的結(jié)合，篩選比對(duì)事例，給出EAS事例計(jì)數(shù)率、事例方向重建、計(jì)算穿過探測(cè)器帶電粒子數(shù)等信息，從而驗(yàn)證小陣列的

15、運(yùn)行特點(diǎn)。 另外，小陣列還可以與ARGO大廳旁待建的Muon塑閃探測(cè)器、WCD水池實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)1%規(guī)模LHAASO陣列的聯(lián)合運(yùn)行。,15,總結(jié)與展望1） 電子探測(cè)器的性能研究已得到多方面測(cè)試和理解；2） 小陣列已在IHEP搭成并穩(wěn)定運(yùn)行。它的工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，但各方面的完善工作仍在進(jìn)行之中；3） 小陣列實(shí)驗(yàn)將與ARGO實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)相互驗(yàn)證和標(biāo)定的目的；另外，1%規(guī)模的LHAASO實(shí)驗(yàn)將在羊八井深入展開，為L(zhǎng)HA