游晓浩河北师大:WCDA标定系统时间修正的研究

Report
LHAASO-WCDA标定系统时间修正的研究
游晓浩
河北师范大学
中科院高能物理研究所
2014年04月22日
武汉
HEBEI Normal UNIVERSITY
内容提要
LHAASO实验
LHAASO-WCDA及其物理目标
LHAASO-WCDA时间标定方案
工程阵列实验
时间标定系统
实验结果
标定系统时间修正的分析与模拟
小结
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LHAASO实验
1Km2 EM和MD探测器(KM2A)
90, 000 m2 水切伦柯夫探测器阵列

(WCDA)
24 台广角切伦柯夫望远镜阵列(WFCTA
)
5, 000 m2 空气簇射芯探测器(SCDA)
LHAASO-WCDA
4 个单元的结构
单元:55 m2,
共900个单元。
LHAASO-WCDA主要物理目标
甚高能γ巡天(100 GeV-30 TeV):
探测河外源和耀变体;
探测伽马暴发射的甚高能γ射线;
测量弥散γ源的流强及分布.
宇宙线物理(1TeV-1PeV):
 测量甚高能宇宙线的各向异性;
 测量宇宙线电子能谱和流强;
 测量宇宙线能谱;
 检验强子相互作用模型。
LHAASO-WCDA时间标定方案
交叉标定:
每个PMT耦合2根光纤;
一个cluster两个LED;
4根光纤交叉标定相邻cluster;
LED脉冲频率5-10Hz.
要求:
时间精度: ~0.1 ns.
LHAASO-WCDA工程阵列
在水池中(水深:4.3m),用黑色隔光帘分隔成9个cell(5m×5m)
羊八井工程阵列的时间标定系统
样机设计
LED
driver I
4通道TTL脉
冲产生器
LED
driver II
LED
driver III
5 fibers [30m]
5 fibers [30m]
10 fibers [45m]
Driver power supply
实验结果
短光纤时间差
长光纤时间差
长-短光纤时间差
短光纤满足实验需求,由于光纤对光的弥散作用,长光纤时间精度较差。
重建方向示意图
LED
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时间修正的分析
由于电子学采用固定阈甄别器,
在实验中LED老化、温度变化等
因素会引起光强变化,
造成PMT输出脉冲大小不同
从而造成时间偏移。
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模拟研究
实验方法:
测量时间偏移和光电子数(T-Q曲线)的
关系。
模拟研究:
从细致的情况说,过阈时间是第一个达到
光阴极的光电子时刻确定的。那么我们可
以根据测得的TTS,逐个叠加单光电子波
形,得到任意光电子数情况下的信号波形,
取其过阈时间与真实实验数据作对比。
TTS
单光电子波形
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模拟结果与实验结果对比
黑色方块为不同
LED光强下测得的信
号过阈时间
蓝色圆圈为模拟数
据点
Preliminary
2
 Total   2 LED   2 Fiber   2 PMT   FEE
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小结
小结
 基于LED+双光纤的标定,原理验证可行,精度
可达到预期要求。
 由于LED的脉冲宽度较大,加上光纤对光的弥散
作用,造成PMT输出信号的TTS加宽,造成较
大的时间晃动。
2
 Total   2 LED   2 Fiber   2 PMT   FEE
未来工作计划
用MCP-PMT详细测量LED的脉冲形状;
用激光器测量光纤对光脉冲的弥散。
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谢谢!
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附录
– 时间精度0.1ns
– dT*c/L/sqrt(ndf) < 0.1/57.3
dT = 0.18ns 要求精度为½dT
– σ=0.09ns 对于高能簇射,精度需要低

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