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大亚湾中微子实验 RPC 裸室的宇宙线测试

大亚湾中微子实验 RPC 裸室的宇宙线测试. 宁哲. Mail ： ningzhe@ihep.ac.cn. 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室. 中国科学院高能物理研究所. 2010 年 8 月 14 日. 大 纲. 研究背景介绍； 大亚湾 RPC 裸室的前期研究 ; 大亚湾 RPC 裸室的性能测试 ; 总结；. 本报告代表 MUC 课题组：张家文研究员，马烈华博士，陈进高级工程师等的工作. 研究背景介绍： 大亚湾中微子实验； RPC 构成的反符合探测器； RPC 工作原理介绍； BESⅢ-RPC 介绍； DYB-RPC 介绍；

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大亚湾中微子实验 RPC 裸室的宇宙线测试

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  1. 大亚湾中微子实验RPC裸室的宇宙线测试 宁哲 Mail：ningzhe@ihep.ac.cn 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学院高能物理研究所 2010年 8月14日

  2. 大 纲 研究背景介绍； 大亚湾RPC裸室的前期研究; 大亚湾RPC裸室的性能测试; 总结； 本报告代表MUC课题组：张家文研究员，马烈华博士，陈进高级工程师等的工作

  3. 研究背景介绍： 大亚湾中微子实验； RPC构成的反符合探测器； RPC工作原理介绍； BESⅢ-RPC介绍； DYB-RPC介绍； 大亚湾RPC裸室的前期研究; 大亚湾RPC裸室的性能测试; 总结；

  4. 大亚湾中微子实验 • 大亚湾实验是由中国主导的大型基础科学国际合作项目。 • 大亚湾实验是在大亚湾核电站群附近，通过探测其核裂变过程中发射出的电子反中微子的消失，来精确测量中微子的混合角之一θ13。 • 大亚湾核反应堆群是世界上最强的中微子源之一，并且紧邻高山，为建造地下实验室以屏蔽宇宙线导致的本底提供了得天独厚的条件。 • 大亚湾实验是目前世界上设计精度最高的中微子实验。 http://dyb3.ihep.ac.cn/

  5. RPC构成的反符合探测器 􀁹 反中微子探测器（中心探测器） 􀁹 反符合探测器（扣除本底） 􀁹 􀁹 􀁹 RPC探测器组装成模块，覆盖每个水池AD，共需1600个RPC探测器。 • 两层水切伦科夫探测器 • 顶层RPC探测器 • 总效率 > (99.5±0.25)%

  6. RPC探测器原理 BESⅢ RPC探测器结构示意图 平行板电离室脉冲信号产生原理 BESⅢ RPC： 阻性板材料：酚醛树脂 VS 玻璃、电木； 工作气体：Ar：C2H2F4：Iso-Butane＝50：42：08； 工作模式：流光模式 VS 雪崩模式 RPC典型的效率坪曲线 气体探测器对α 粒子和电子的气体增益随高压变化趋势 RPC典型的脉冲信号

  7. BES Ⅲ-RPC介绍 BESⅢMUC探测器几何外形 • RPC超层模块几何结构 垫片 石墨层

  8. DYB-RPC介绍； • 大亚湾有3个实验点，每个实验点都需要RPC模块覆盖在上方。 • 一个RPC模块由4层共8块RPC组装而成，目的是为了提高探测效率，降低噪声。 • 大亚湾RPC探测器的尺寸约1m*2m，模块的尺寸约2m*2m • 整个大亚湾实验一共需要189个RPC模块，1500多个RPC探测器。

  9. 研究背景介绍： 大亚湾RPC裸室的前期研究; RPC体电阻率； RPC探测效率； RPC气体比分； RPC training； 大亚湾RPC裸室的性能测试; 总结；

  10. RPC体电阻率 体电阻率 VS 温度 • RPC的性能好坏主要取决于阻性板，而体电阻率是阻性板的一个重要技术指标 • 阻性板的体电阻率过大，在一定的高压下，气隙层的电场强度不能保证，在高计数率状态下，电场恢复时间变长，使得探测器效率降低 • 体电阻率太小，会使探测器的单计数率与暗电流上升，影响探测器的寿命 • 阻性板的体电阻率与温度呈指数相关，温度每上升约5度，体电阻率将降低50% • 实验测得的不同温度下的体电阻率换算关系 • ρ20 = 10–0.06(20-t) ρt • 其中ρt是t温度下的体电阻率，不同温度下所测的值须统一换算到20度室温

  11. RPC探测效率 • 高压对探测效率的影响 • 阈值对效率的影响 • RPC探测效率 VS 高压 高阻率RPC 合适阻率的RPC ρ =1* 1013 Ωcm ρ =1*1012 Ωcm 体电阻率选取合适，RPC的探测效率一般能达到95%以上，最高可以达到98% 体电阻率范围在0.5-2.5*1012Ωcm时，RPC的性能良好而稳定

  12. RPC气体比分 Ar 固定为65%，Isobutane 从1%改变到6%时的曲线，研究表明，可以降低异丁烷的含量。 效率曲线 单计数率曲线 暗电流曲线 Ar/R134a/Isobutane = 75/21/4 时SF6的影响 只要在混合气体中加入0.25%以上的SF6 即可以有效地发挥淬灭作用。加0.5% SF6 情况下， RPC 的效率保持不变，单计数率和暗电流则压低到原来的2/3 和1/2，使RPC 拥有了更好的性能。

  13. RPC training 新的RPC内表面毛刺和灰尘导致性能很差，通Ar气training有助于在较短的时间内提升RPC性能。Training高压<10 kV；电流<1 mA， 平均training时间53h，此时RPC电流已趋于稳定 二次training 前后RPC 效率、单计数率和暗电流曲线的比较

  14. 研究背景介绍： 大亚湾RPC裸室的前期研究; 大亚湾RPC裸室的性能测试; 测试系统； 数据监测数据库； 典型性能； 质量控制； 总结；

  15. 测试系统 • 望远镜系统（塑料闪烁体+PMT） • 高压系统(CEAN SY127) • 气体系统(MKS Flow Controller) • 电子学系统(NIM + CAMAC) • 数据获取系统(Linux平台的计算机及软件) RPC 探测器的宇宙线测试系统示意图 后端电子学系统逻辑示意图

  16. 数据监测数据库 • 设计数据库的目的：有效管理，方便统计，共享数据； • RPC数据库的设计采用mysql+php+apache 模式，能够稳定运行在windows和linux平台 • 采集数据内容： • 阻性板的测试，RPC裸室的加工和测试，以及RPC模块的组装和测试过程中的所有数据

  17. 典型性能 测试RPC探测器的探测效率，单计数率（噪声），暗电流， 工作高压6kV–9kV • 探测效率 :RPC与望远镜的符合计数/望远镜的计数 • 单计数率:平均1秒内的所有计数，包含噪声 • 暗电流:阻性板内的电流 标准环境（T=293K，P=1010 mbar）下的RPC 的性能

  18. 质量控制 • 效率，单计数率，暗电流 • 测试事例数> 10000 • 测试时间约5个小时/ 6块 • 8 kV时，效率>=95%, • 单计数率<0.8Hz/cm2 • 暗电流<10uA/m2 合格标准 暗电流低于4μA/m2 平均效率达到95%以上 单计数率集中在0.2 Hz/cm2以下

  19. 研究背景介绍： 大亚湾RPC裸室的前期研究; 大亚湾RPC裸室的性能测试; 总结；

  20. 为了严格控制RPC探测器的裸室质量，设计和建立了一套成本低、操作方便的裸室效率测量系统；为了严格控制RPC探测器的裸室质量，设计和建立了一套成本低、操作方便的裸室效率测量系统； • 目前通过测试已有1300多块，还需要200多个合格的裸室；

  21. The End！ Thanks for your attention!

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