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羊八井 AS γ 地下 muon 探测器实验进展 PowerPoint PPT Presentation


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羊八井 AS γ 地下 muon 探测器实验进展. 钱祥利 山东大学、中科院高能所 2014 年 4 月 21 日. 主要内容. 实验物理目标 探测器介绍 As γ 实验及 muon 探测器 数据获取系统介绍 探测器性能 分辨率、不均匀性、长期稳定性 总结与展望. 宇宙线的起源、加速和传播. “标准烛光”蟹状星云是一个典型的电子源. 标准的起源和加速理论:剧烈天体演化所产生的 激波 ; 正在加速的源 以观测 γ 最为有效,迄今成百上千个 γ 源 都是 电子源,核子源没找到; 古老源 (>百万年) 需要观测 宇宙线 自身 (遗迹) ; 传播:各向异性等研究.

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羊八井 AS γ 地下 muon 探测器实验进展

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Presentation Transcript


As muon

羊八井AS γ地下muon探测器实验进展

钱祥利

山东大学、中科院高能所

2014年4月21日


As muon

主要内容

  • 实验物理目标

  • 探测器介绍

    • Asγ实验及muon探测器

  • 数据获取系统介绍

  • 探测器性能

    • 分辨率、不均匀性、长期稳定性

  • 总结与展望


As muon

宇宙线的起源、加速和传播

“标准烛光”蟹状星云是一个典型的电子源

  • 标准的起源和加速理论:剧烈天体演化所产生的激波;

    • 正在加速的源以观测γ最为有效,迄今成百上千个γ源都是电子源,核子源没找到;

    • 古老源(>百万年)需要观测宇宙线自身(遗迹);

  • 传播:各向异性等研究


100tev

宇宙线强子起源的证据:100TeV能区伽马射线的发射

TeV J2032+4130 (~5% Crab)

γ的产生机制:

轻子起源:韧致辐射、同步辐射、逆康普顿散射;

强子起源:P + P  π±+ π0 +… e±+ ν + γ + …


10tev

10TeV以上能区国际最灵敏的γ/电子探测器

中方独立承担一组900平方米地下

Muon探测器(MD-A)的研制与运行

MD ~10,000m2

MD(12个)面积:10800m2

MD-I(5个)面积:4500m2

MD-A

AS+MD全阵列,成为全(北)天区>10TeV灵敏度最高的γ天文望远镜


As muon

MDA探测器研制

  • muon探测器设计:

    • 采用水切伦科夫技术

    • 地下2.5m ( ~ 19辐射长度)

    • 12个单元构成(每个单元16个水池)

    • 水池大小7.2m×7.2m×2m

    • 装有20英寸PMT、大型密闭水袋

7.2m

探测器内部结构示意图

1.9m

7.2m×7.2m × 1.9m整体密封的水袋


Mda 16

MDA完成了16个水池的安装和测试工作

铺设衬底和水袋

水池清理及PMT安装

MDA

控制室

水净化系统注水

电缆走线示意图


As muon

PMT基本性能测试

  • LED光源经teflon弥散

  • 拟合函数:指数+高斯

  • ADC分辨率:0.1pC/count

1840V

gain: 3.0375e+07

2000V

gain: 6.49812e+07

2200V

gain:1.4475e+08

SPE测试

PMT(R3600-06)不同高压下的SPE谱


As muon

PMT基本性能测试

以2200V为参考电压

绝对增益

hv: 1840 gain: 3.0375e+07

hv: 2000 gain: 6.49812e+07

hv: 2200 gain: 1.4475e+08

相对增益

hv: 1200 gain: 671035

hv: 1300 gain: 1.43012e+06

hv: 1400 gain: 2.87342e+06

hv: 1500 gain: 5.47653e+06

hv: 1600 gain: 9.86368e+06

hv: 1700 gain: 1.69492e+07

hv: 1800 gain: 2.83215e+07

hv: 1840 gain: 3.35469e+07

hv: 1900 gain: 4.44918e+07

hv: 2000 gain: 6.86684e+07

hv: 2100 gain: 1.01668e+08

hv: 2200 gain: 1.4475e+08

hv: 2300 gain: 1.99684e+08

hv: 2400 gain: 2.71339e+08

β= 8.7

  • 高压范围:1200V-2400V(步长100V)

  • 拟合函数:μ=A.Vβ

高压响应


As muon

MDA数据获取及相关电子学

MDA数据获取示意图

  • 共16路PMT信号

  • 采用TDC、ADC、甄别器、高压等插件,

  • TDC分辨0.8ns/bin,ADC分辨0.1pC/bin

  • 表面阵列给出trigger信号,触发率~1.7kHz,数据量10G/day

  • GPS触发板(接收trigger信号,给出GPS时间)


As muon

单muon波形图

单μ信号宽度:~750ns

上升时间:~80ns

幅度:~几十mV


As muon

单muon的测试

MDA与07年原型探测器对比

MDA各个水池测到的单μ谱

  • MD-A单Muon分辨率(FWHM)为34%,而07年原型探测器则大于70%;

  • 光电子数为07年原型探测器的17倍,约300多个光电子;


As muon

位置均匀性测试

Scintillation counters

Soil

pool

A

B

7.2m

D

C

Site A

2.9m

不同位置处得到的单Muon峰值差别<6%

测试系统示意图


As muon

长期稳定性的监测

监测时间2013.11.22 – 2014.3.7

Tank1

注完水一个月之后,单μ信号的变化情况

信号下降~3%,之后趋于稳定


Shower

宇宙线shower事例的探测与重建

挑选出MDA不少于4路探测器着火,利用平面拟合进行方向重建

重建出的天顶角分布

重建出的方位角分布

拟合函数


Shower1

宇宙线shower事例的探测与重建

其中一个事例,theta=23.8°


As muon

总结与展望

  • 单元探测器的性能测试表明

    • MDA探测器明显优于07年Prototype探测器

    • 单Muon分辨率达到30%,光电子数在300个左右,具有很好的位置均匀性

    • 信号长期稳定性好

  • MDA已经正式运行,进行shower事例的重建

  • AS γ表面阵列正在恢复运行中,期待更多联合运行的数据,早日取得更多的物理结果。


As muon

谢谢大家!


As muon

模拟结果对比

  • 水吸收长度的确定:

模拟参数:

440nm时,70m,

325nm时,28m;

其他实验结果:

Super-K:420nm,98m

Milagro:325nm,

水池15m,tank5m


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