地面水切倫科夫探測(cè)器（Water Cherenkov Detector Array, WCDA）是高海拔宇宙線觀測(cè)站（Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO）的重要組成部分,主要科學(xué)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在甚高能中低能段（100 GeV～30 TeV）對(duì)整個(gè)北天區(qū)伽馬源進(jìn)行巡天觀測(cè)。為了確保對(duì)輻射源探測(cè)的指向準(zhǔn)確性,需要對(duì)探測(cè)器陣列進(jìn)行時(shí)間標(biāo)定。主要介紹了水切倫科夫探測(cè)器時(shí)間標(biāo)定方法、標(biāo)定系統(tǒng)的搭建以及關(guān)鍵部件——分光光纖束的批量測(cè)試。 

【文章來源】：天文研究與技術(shù). 2020,17(03)CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

水池交叉標(biāo)定方案示意圖

光觸發(fā)系統(tǒng)由主控母板(Mother board)和子板(Slave board)組成,兩者通過RS485總線相連。RS485線連接主控母板和子板之間的通信,包括指令傳輸、發(fā)光頻率、驅(qū)動(dòng)脈寬控制,用于調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)。同一套光纖束內(nèi)的光電倍增管通過接收經(jīng)過分光光纖束分發(fā)后的同步發(fā)光二極管信號(hào),得到相對(duì)時(shí)間信息,再經(jīng)過扣除光纖之間的時(shí)間差并進(jìn)行數(shù)據(jù)修正,得到光電倍增管之間的時(shí)間差。整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3。3 光纖束的批量測(cè)試

水切倫科夫探測(cè)器每個(gè)探測(cè)單元用來探測(cè)簇射事例次級(jí)粒子產(chǎn)生的切倫科夫光。為了滿足探測(cè)器的性能指標(biāo),陣列指向精度要求優(yōu)于0.1°,探測(cè)器時(shí)間標(biāo)定精度要優(yōu)于0.2 ns。時(shí)間標(biāo)定精度通過數(shù)據(jù)模擬得到,模擬大氣簇射粒子打在一個(gè)簇射區(qū)域內(nèi),得到角度分辨率和時(shí)間精度之間的關(guān)系式 δt= δθ A (Ν-2)S 。其中,δθ為重建事例在不同時(shí)間精度δt下對(duì)應(yīng)的角分辨率;S為觸發(fā)區(qū)域面積;N為光電倍增管的擊中數(shù);N-2為大氣簇射擬合的自由度;A為常系數(shù),它是對(duì)不同的時(shí)間精度擬合得出的平均值[3]。大型探測(cè)器在標(biāo)定方面通常采用統(tǒng)一的外部光源照射所有探測(cè)單元的方法。對(duì)于水切倫科夫探測(cè)器,占地面積大,各探測(cè)單元之間為了防止切倫科夫光的串?dāng)_,選用黑色隔光簾進(jìn)行分隔,這一布局特點(diǎn)使其難以采用單一光源進(jìn)行全陣列的標(biāo)定。若采用光源 + 光纖的方法,對(duì)于單個(gè)水池光纖長度需要220 m以上,這對(duì)標(biāo)定脈沖光的衰減及展寬影響很大,從而影響測(cè)試精度,且不利于安裝維護(hù)。因此,為了實(shí)現(xiàn)全陣列的標(biāo)定,水切倫科夫探測(cè)器采用交叉標(biāo)定的方案[4],基于電子學(xué)的布局,每6 × 6個(gè)單元組成一個(gè)群,一個(gè)水池包含900個(gè)探測(cè)單元,即25個(gè)群。通過刻度群之間的相對(duì)時(shí)間差,完成全陣列刻度的標(biāo)定[5]。為此,每個(gè)群放置兩套發(fā)光二極管 + 光纖束的光源系統(tǒng),其中,一套光纖束用于標(biāo)定群內(nèi)部的36支光電倍增管,另外一組光纖束與相鄰群進(jìn)行光纖交換,以此實(shí)現(xiàn)整個(gè)陣列內(nèi)群交叉的目的(如圖2)。圖2 水池交叉標(biāo)定方案示意圖


本文編號(hào)：3431773