钱祥利山东大学: 西藏地下muon探测器实验进展报告

Report
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
2014/4/21 武汉
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主要内容
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实验物理目标
探测器介绍
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数据获取系统介绍
探测器性能
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2014/4/21 武汉
Asγ实验及muon探测器
分辨率、不均匀性、长期稳定性
总结与展望
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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
1.标准的起源和加速理论:剧烈天体演化所产生的激波;
1.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;
2.古老源(>百万年)需要观测宇宙线自身(遗迹);
2.传播:各向异性等研究
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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 + …
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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(12个)面积:10800m2
MD-I(5个)面积:4500m2
MD ~10,000m2
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
MDA探测器研制
muon 探测器设计:
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


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
探测器内部结构示意图
7.2m
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7.2m×7.2m × 1.9m整体密封的水袋
1.9m
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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
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电缆走线示意图
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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
2200V
gain:1.4475e+08
1840V
gain: 3.0375e+07
SPE测试
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2000V
gain: 6.49812e+07
PMT(R3600-06)不同高压下的SPE谱
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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
β= 8.7
• 高压范围:1200V-2400V(步长100V)
• 拟合函数:μ=A.Vβ
高压响应
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hv: 1200
hv: 1300
hv: 1400
hv: 1500
hv: 1600
hv: 1700
hv: 1800
hv: 1840
hv: 1900
hv: 2000
hv: 2100
hv: 2200
hv: 2300
hv: 2400
相对增益
gain: 671035
gain: 1.43012e+06
gain: 2.87342e+06
gain: 5.47653e+06
gain: 9.86368e+06
gain: 1.69492e+07
gain: 2.83215e+07
gain: 3.35469e+07
gain: 4.44918e+07
gain: 6.86684e+07
gain: 1.01668e+08
gain: 1.4475e+08
gain: 1.99684e+08
gain: 2.71339e+08
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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)
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单muon波形图
单μ信号宽度:
~750ns
上升时间:
~80ns
幅度:~几十mV
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单muon 的测试
MDA各个水池测到的单μ谱
MDA与07年原型探测器对比
1. MD-A单Muon分辨率(FWHM)为34%,
而07年原型探测器则大于70%;
2. 光电子数为07年原型探测器的17倍,约
300多个光电子;
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位置均匀性测试
A
7.2m
B
D
C
Site A
2.9m
Scintillation
counters
Soil
不同位置处得到的单Muon峰值差别<6%
pool
2014/4/21 武汉测试系统示意图
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长期稳定性的监测
监测时间2013.11.22 – 2014.3.7
Tank1
1. 注完水一个月之后,单μ信号的变化情况
2. 信号下降~3%,之后趋于稳定
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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
拟合函数
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重建出的方位角分布
sin x  cos4 x
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宇宙线shower事例的探测与重建
其中一个事例,theta=23.8°
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总结与展望
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单元探测器的性能测试表明
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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。
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谢谢大家!
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模拟结果对比
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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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