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WCDA 工程样机的实验研究

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WCDA 工程样机的实验研究. 陈明君 2014-4-21. 大型高海拔空气簇射观测站. 报告内容. WCDA 项目方案介绍 羊八井 工程 样机 的运行 小结和计划. 大型高 海拔 空气 簇射 观测站 (LHAASO). 平方公里阵列 KM2A: 5635 EDs 1221 MDs. 广角切伦科夫望远镜阵列 WFCTA: 24 telescopes 1024 pixels each. 水切伦科夫探测器阵列 WCDA: 3600 cells 90,000 m 2. 簇射芯位探测器阵列 SCDA: 452 detectors.

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Presentation Transcript
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WCDA工程样机的实验研究

陈明君

2014-4-21

大型高海拔空气簇射观测站

slide2
报告内容
  • WCDA项目方案介绍
  • 羊八井工程样机的运行
  • 小结和计划
slide3

大型高海拔

空气簇射观测站

(LHAASO)

平方公里阵列KM2A:

5635 EDs

1221 MDs

广角切伦科夫望远镜阵列

WFCTA:

24 telescopes

1024 pixels each

水切伦科夫探测器阵列

WCDA:

3600 cells

90,000 m2

簇射芯位探测器阵列

SCDA:

452 detectors

Coverage area: 1.3 km2 (1.3 km)

Altitude: 4400 m a.s.l.

location of lhaaso
Location of LHAASO

400Km

中国四川省甘孜州

稻城县亚丁-海子山

wcda project
WCDA project(水切伦科夫探测器阵列)
  • 探测器基本结构:
  • 4个水池,每个水池150m*150m
  • 单元尺寸:55 m2
  • 4m有效水深,共约40万吨水
  • 每个单元中央放置一个8-in PMT
  • 每个单元之间光隔离

0.016 CRAB @ 1 TeV

0.009 CRAB @ 5 TeV

WCDA技术参数

wcda project1
WCDA project—探测器组成

九个单元

九个单元

FEE

FEE

时钟系统

FEE

FEE

九个单元

九个单元

高压系统

DAQ系统 &

在站数据存储

LED system

100个基站

环境监测系统

水循环和净化系统

水质监测设备

  • 九个单元为一小组
  • 四个小组为一大组
  • 一大组为一个基站

3600个单元

slide7

WCDA project –刻度系统方案(电荷和时间)

  • 刻度两点固定的电荷量:
  • Low range  Single photon-electron
  • High range  2ndu-peak
  • 时间刻度方法:
  • Using LED + Optical fibers;
  • LED flash frequency: 5Hz (17KHz)

由于muon

直接打在PMT上引起的,不受水质等影响。

SPE spectrum

2nd u-peak position

  • 时间标系统,更多请参考游晓浩报告。
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WCDA羊八井九单元工程样机的工作介绍

ARGO

位于西藏羊八井镇的ARGO园区内,4300米海拔。

slide10
前放+电子学板

工程样机的电子学系统

1X

25X

  • 最高单路计数率可测到70KHz
slide11
工程阵列的运行—稳定性问题

长期运行2nd μ-peak峰位稳定性

变化 ≤ 2.2%

一个月时期的单光电子峰位变化

SPE position VS. temperature.

slide12
工程样机的运行—光密闭和保温
  • 水池构造:
  • 约有一半墙体覆盖在泥土之下
  • 水深约4m
  • 侧墙为普通水泥砖墙
  • 屋顶为约7cm厚度的彩钢板

单路计数率约35-40KHz

@水水衰减长度=22m

  • 测量昼、夜各PMT的单路计数率无差异(@1/3PE阈值),显示光密闭良好。

冬季(12年12月-13年3月)

水池内水温变化图(10度降到6度)

不结冰!

slide13
工程样机的运行--水质保持问题

水衰减长度和时间的关系

水循环净化系统结构

停止水循环后:水质维持在22m约20天后

开始下降变坏。

  • 水位:4.3m左右,总水量1650吨。
  • 循环流量2.8吨/小时- -水质改善0.40m/天。
  • 循环流量 4吨/小时-- 水质改善0.63m/天。
slide14
工程样机的运行 -- 宇宙线簇射事例的探测与重建
  • 挑选出不少于5路PMT有信号的事例,利用平面拟合进行方向重建。

ARGO实验和工程样机重建程序分别得到簇射的天顶角的分布。

两个实验对相同簇射的重建方向间的空间角。

slide15
工程样机运行小结:
  • 大面积下的工程避光问题
  • 工程阵列的保温条件得到验证
  • PMT的防水封装技术
  • 高海拔地区的单路计数率
  • 优化了电荷/时间刻度方法
  • 大体积量的水质保持问题
  • 探测器的长期运行的验证
slide16
WCDA的工作计划考虑
  • WCDA探测器规模化建设前,未来需着重以下几个方面的工作:
    • 水池防水方案论证(采用HDPE膜水袋)
    • PMT的选型和信号优化
      • Hamamatsu R5912, 在工程样机中得到验证
      • 海展创 XP1805,已得到两个样管
    • 电子学系统内部方案定型 ( ASIC or not)
    • PMT防水封装方案的进一步论证
    • 探测器安装方案考虑(高海拔、两年长时间)
slide19
工程样机的工作进展记事
  • 2011年2月14日,我组人员五人均第一次到达羊八井观测站,进行探测器安装工作
  • 2011年2-6月:
    • 对水池进行避光,漏水等工作
    • 对各种线缆布设
    • 安装各个子系统
    • 对定标系统,电子学,PMT性能进行测试
  • 2011年4月,安装水循环系统
  • 2011年5月,安装四块塑料闪烁体探测器
  • 2011年6月,水池清洗完成
  • 2011年8月-11月,水位保持在70cm运行,进行试运行,双板电子学调试
  • 2011年12月,测试定标系统,排干水
  • 2012年2月,双板电子学开始工作,并且注水
  • 2012年4月,修复一个PMT,重新注水
  • 2012年8月,对水池内部进行防水涂料施工
  • 2012年9月,水池重新注水,运行
  • 2013年1月,更换超滤
  • 2013年5月-7月,更换超滤,使用漂白粉和增加循环量,进行水质净化
  • 2013年10月,测量电子学时间游动和仪器收纳。
wcda project2
WCDA project--触发模式
  • 以12*12个单元为一组;
  • 相邻组由一半重叠;
  • 各个通道的阈值设置1/3PE
  • 组内250ns有多个PMT着火时触发, 比如12个,就只有小于1KHz的噪声触发。

Noise trigger

  • 依赖于簇射芯位距阵列中心的距离(R):
    • nPMT20:>60%的事例能够触发;
    • nPMT30:>90%的事例能够触发。
slide21
工程样机的运行—单路计数率等

水静置一个星期,单路计数率的变化,认为是有自然界放射性Rn引起的。

单路计数率约35-40KHz

@水水衰减长度=22m

单路计数率随水位的变化

2.4K Bq/m^3

水池内空气氡气浓度测量