LHAASO項(xiàng)目電磁粒子探測器實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

LHAASO工程電磁粒子探測器實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展1.內(nèi)容KM2A-ED的實(shí)驗(yàn)要求ED優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能研究原型/定型陣列實(shí)驗(yàn)進(jìn)展總結(jié)與展望2.

KM2A-ED的實(shí)驗(yàn)要求KM2A研究目標(biāo):〔1〕發(fā)現(xiàn)河內(nèi)宇宙線源；〔2〕北天區(qū)掃描研究高能伽馬輻射〔10TeV—PeV〕；對河內(nèi)50TeVγ源的靈敏度到達(dá)1%Crab〔3〕宇宙線物理〔幾十TeV—100PeV〕等KM2A實(shí)驗(yàn)陣列：〔1〕5635個(gè)ED；〔間距15米〕〔2〕1221個(gè)MD〔間距30米?？偯娣e超過4萬平方米〕；〔3〕探測器呈品字型均勻分布在半徑為635米的區(qū)域內(nèi)。3.ED探測原初粒子引發(fā)的EAS前鋒面上的次級粒子數(shù)密度和到達(dá)時(shí)間的信息。ED的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求：〔1〕電磁粒子：μ±、e±、γ。覆蓋5mm鉛板，閾能5MeV以上?！?〕有效面積：1m×1m；?！?〕探測效率：>95%;〔4〕探測粒子數(shù)動態(tài)范圍：25%@單粒子—5%@10000個(gè)粒子；對應(yīng)的光電子數(shù)范圍：20p.e.~2×105p.e.〔5〕時(shí)間分辨：<2ns；〔6〕單道計(jì)數(shù)率：<1.5kHz@4×105；〔7〕高海拔野外運(yùn)行〔0.6atm,年溫差變化：±25℃；紫外線輻照強(qiáng)度大〕，超過10年的使用時(shí)間等。ED研究內(nèi)容：〔1〕各組分的選型；〔2〕組裝工藝與性能穩(wěn)定性；〔3〕陣列實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行與數(shù)據(jù)分析等當(dāng)前目標(biāo)：優(yōu)化完善ED設(shè)計(jì)，到達(dá)LHAASO工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告的要求，為未來工程進(jìn)展提供保證。4.2.ED的優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能研究〔1〕探測靈敏單元的結(jié)構(gòu)塑閃臨界使用壽命的標(biāo)定探測靈敏單元:光纖嵌入閃爍體Tile，再依次內(nèi)里到外包裹一層Tyvek膜和避光黑布。Tile尺寸：25cm×25cm×2cm，8grooves；光纖：BCF92〔1.5mm，3.2m〕；5.〔2〕光電倍增管選型及分壓器設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)要求能譜響應(yīng)（350nm—600nm）平均量子效率>10%增益4×105不均勻性<10%暗噪聲計(jì)數(shù)率<1.5kHz陽極最大線性電流>50mA（非線性<5%）增益的變化<3%(磁屏蔽層)<5%（高壓影響）候選管型：XP2021B、XP2072、R11102/CR284；山東大學(xué)合作組承擔(dān)批量PMT測試任務(wù)XP2021型分壓器設(shè)計(jì)“陽極+DY6〞雙重讀出6.單光電子峰高壓響應(yīng)Gain4×105Anode25.6mA/200粒子Dynode>9mA/10000粒子面向批量使用的分壓器完善設(shè)計(jì)工作正在深入展開Anode/DY6～1307.〔3〕電源及監(jiān)測系統(tǒng)河北師范大學(xué)合作組承擔(dān)電源系統(tǒng)的選型與批量測試“直流源+高壓模塊+單片機(jī)監(jiān)控〞高壓輸出：溫度系數(shù)為0.01%/oC；紋波系數(shù)為0.01%〔4〕電子學(xué)系統(tǒng)等測量ED的脈沖電荷量和到達(dá)時(shí)間信息。高能所實(shí)驗(yàn)物理中心負(fù)責(zé)?；谝蕴W(wǎng)的亞納秒精度定時(shí)分布系統(tǒng)將參考頻率及絕對時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)分布到每一個(gè)探測器讀出電子學(xué)前端，使得所有FADC都同步采樣，時(shí)鐘頻率及相位對齊，且所有數(shù)據(jù)時(shí)間戳誤差保證小于1ns。清華大學(xué)合作組負(fù)責(zé)該工程。8.(3)ED的組裝工藝及性能測試1234ST-401型探測靈敏單元（25cm×25cm×2cm;表面8個(gè)光纖槽

）標(biāo)準(zhǔn)光纖研磨工藝；檢驗(yàn)探測靈敏單元之間的一致性;外殼的設(shè)計(jì)；整體組裝及性能測試等9.單根光纖之間的不一致性小于7%；單個(gè)探測靈敏單元上測試光纖束〔4根〕的不一致性小于2.4%；近200塊ST-401型探測靈敏單元的不一致性約為10%；單粒子測試時(shí)，探測靈敏單元平均光電子數(shù)超過20p.e.。探測靈敏單元光電倍增管電源系統(tǒng)10.ED樣機(jī)的性能測試選擇單muon入射事例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：不同位置的不一致性約為10%；平均收集光電子數(shù)為20；幅度分辨率小于23%；時(shí)間分辨：2.0ns；探測效率超過95%。上述結(jié)果說明ED根本到達(dá)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求。山東大學(xué)合作組承擔(dān)ED整體性能掃描任務(wù)11.ED原型樣機(jī)陣列實(shí)驗(yàn)與ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)的復(fù)合運(yùn)行：2021.10—2021.11。觸發(fā)方式：42選5，事例率約為45Hz，數(shù)據(jù)量：1.5GB/day。與ARGO數(shù)據(jù)的符合成功率到達(dá)95%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢驗(yàn)，也證實(shí)了KM2A陣列設(shè)計(jì)的可靠性。原型/定型陣列實(shí)驗(yàn)進(jìn)展12.探測器運(yùn)行的長期穩(wěn)定性利用KM2A-ED原型樣機(jī)陣列實(shí)驗(yàn)近兩年的數(shù)據(jù)得到的月影結(jié)果（顯著性達(dá)到5.8σ）13.ARGOHallKM2AArray定型陣列實(shí)驗(yàn)的籌備與進(jìn)展〔1〕新ED性能的檢驗(yàn)；〔2〕基于以太網(wǎng)的亞納秒精度定時(shí)分布系統(tǒng)的使用與檢驗(yàn)；〔3〕新的電子學(xué)系統(tǒng)和DAQ系統(tǒng)的檢驗(yàn)；〔4〕探測器陣列的標(biāo)定和數(shù)據(jù)分析工作等羊八井站區(qū)，建設(shè)時(shí)間為今年5、6月份。陣列規(guī)模：42個(gè)ED和2個(gè)MD?？偟母采w面積約為82.5m×78m。14.總結(jié)與展望〔1〕ED定型工作進(jìn)入完善設(shè)計(jì)階段，其性