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

1、1,1,LHAASO計劃電子探測器預(yù)研進(jìn)展,盛祥東 高能物理分會第八屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)年會 2010年4月17日—19日 南昌,2,2,報告內(nèi)容,,1. 電子探測器的設(shè)計特點 2. 光電倍增管的性能測試 3. 電子探測器的性能測試 4. 電子探測器小陣列在IHEP的試運行 5. 小陣列在ARGO實驗大廳的搭建及運行 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） 實現(xiàn)超高能區(qū)宇宙線能譜和成分的測量。（同WCDA、SCDA、WFCA等復(fù)合觀測）KM2A陣列的規(guī)模： 整個KM2A陣列由5137個電子探測器（單個ED面積為1m2，間距為15米）和1209個μ探測器(單個MD面積為36m2，間距為30米）組成，探測器單元呈三角形均勻排列。,地面粒子陣列（KM2A）及其中的電子探測器,電

3、子探測器的設(shè)計指標(biāo) 每個電子探測器將測試能量超過5MeV的簇射帶電粒子的密度和到達(dá)時間。其中，測試粒子數(shù)的動態(tài)范圍：1—4000個粒子。另外，對光電倍增管輸出信號和后續(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個粒子以及時間分辨率小于2ns。,4,1. 電子探測器的設(shè)計特點,圖 探測器單元“Tile”結(jié)構(gòu),電子探測器的設(shè)計結(jié)構(gòu)： * 4×4個閃爍體單元（稱為“Tile”）

4、組成一個電子探測器靈敏區(qū)； * 每塊Tile的尺寸為25cm?25cm?2cm； * “Tile” 表面埋設(shè)8根長度為30cm的波長位移光纖（BCF92）； * 波長位移光纖一端鍍鋁，另一端與2.5m長的透明光纖（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； * 每個電子探測器全部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)前電子探測器的外殼為鋁制結(jié)構(gòu)。新的鐵殼（作為EAS次級光子轉(zhuǎn)換體）結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)在未來電子探測器的優(yōu)化設(shè)計之中。,5,2. 光電倍增管的性能測試 60只XP2012B光電倍增管（端窗、直線聚焦、錐形分壓設(shè)計）的測試： 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)。 實驗測試給出的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個量級。 c. 單光電子峰的測量 測試多只光電倍增管的單電子幅度譜，計算出的絕對增益約為107。 d. 地磁效應(yīng)的影響等 北京地區(qū)的地磁強度為0.55高斯，磁傾角約為58度。測試地磁場中光電倍增管的不同放置方式下信號輸出幅度的變化特點，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量,圖 地磁效應(yīng)的影響,6,3. 電子探測器的性能測試,T

7、elescope實驗裝置圖,實驗上對40個電子探測器進(jìn)行一系列的測試（包含對各Tile單元進(jìn)行掃描），給出相應(yīng)的單μ幅度譜和相應(yīng)的時間分辨。 （1） 實驗室搭建測試電子探測器的Telescope。 用于觸發(fā)的兩個閃爍體小探頭，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臺階長期運行的穩(wěn)定性監(jiān)測； 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,,實驗結(jié)果： 單muon測試時，電子探測器的光陰極可以得到超過10個光電子； 同一“Tile”上不同位置上的平均信號幅度基本一致； 不同電子探測器上各“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)前的測試結(jié)果時間分辨好于1.8ns，如果考慮對過閾甄別測量不同幅度信號導(dǎo)致的time-w

9、alk效應(yīng)的影響進(jìn)行修正，得到的探測器的時間分辨將會更好。,電子探測器的時間分辨測量,圖 電子探測器的單muon幅度測試譜（光陰極產(chǎn)生的光電子約為10個）,8,,（2） 電子探測器測試海平面muon計數(shù)率 利用電子探測器測量海平面宇宙線μ，得到： * 海平面μ流強 * μ計數(shù)率隨天頂角的變化特點 * μ計數(shù)率隨等效水深的變化特點 實驗測試得到的結(jié)果與當(dāng)前實驗結(jié)果或預(yù)期值較為一致，表明電子探測

10、器具備正常、可靠的探測性能，為更深入的應(yīng)用和測試提供保障。,9,海平面上μ計數(shù)率隨天頂角的變化特點,海平面μ計數(shù)率隨等效水深的變化特點,等效水深與muon積分流強的關(guān)系(上圖中，紅點是美國Caprice實驗數(shù)據(jù)，藍(lán)點為本實驗測試結(jié)果),10,4. 電子探測器小陣列在IHEP的試運行 (1) 小陣列的搭建 由40個電子探測器組成的小陣列已經(jīng)在北京IHEP搭建完成并投入運行。它的規(guī)模占LHAASO計劃中電子探測器總數(shù)

11、的1%弱，這將有利于我們從小規(guī)模實驗開始，積累建設(shè)較大規(guī)模探測器陣列的經(jīng)驗。進(jìn)而優(yōu)化探測器設(shè)計與陣列布局，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 電子探測器小陣列在IHEP正式搭建完成，初步采數(shù)正在運行，預(yù)計穩(wěn)定運行時間能夠持續(xù)一個月。 * 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信息存儲和增加GPS模塊，給每一個事例加上時間信息等 * 整個小陣列探測系統(tǒng)的在線標(biāo)定 以宇宙射線muon為入射粒子，利用兩個電子探測器搭成的標(biāo)定Telescope對小陣列中40個探測

13、器信號輸出時間、脈沖幅度等信息逐個進(jìn)行標(biāo)定，計算各探測器間的記錄TDC時間的絕對差異和相應(yīng)的幅度值。 * 實驗數(shù)據(jù)采集與處理 當(dāng)前的實驗數(shù)據(jù)采集： 將30個探測器并入DAQ，trigger選擇 Nhit≥5。 數(shù)據(jù)處理面向：檢驗小陣列各探測器的運行狀態(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)的小探測器模擬工作，與實驗結(jié)果進(jìn)行比對,13,圖

14、 當(dāng)前實驗測試的結(jié)果,圖 簇射事例的平面擬合,實驗結(jié)果表明：當(dāng)前小陣列的運行基本正常，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行做好充足的準(zhǔn)備。,14,,5. 小陣列在ARGO實驗大廳的搭建及運行 按照計劃，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)安裝運行。實現(xiàn)小陣列數(shù)據(jù)與ARGO數(shù)據(jù)的結(jié)合，篩選比對事例，給出EAS事例計數(shù)率、事例方向重建、計算穿過探測器帶電粒子數(shù)等信息，從而驗證小陣列的

15、運行特點。 另外，小陣列還可以與ARGO大廳旁待建的Muon塑閃探測器、WCD水池實驗相結(jié)合，實現(xiàn)1%規(guī)模LHAASO陣列的聯(lián)合運行。,15,總結(jié)與展望1） 電子探測器的性能研究已得到多方面測試和理解；2） 小陣列已在IHEP搭成并穩(wěn)定運行。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） 小陣列實驗將與ARGO實驗相結(jié)合，可以實現(xiàn)相互驗證和標(biāo)定的目的；另外，1%規(guī)模的LHAASO實驗將在羊八井深入展開，為LHA