本文關(guān)鍵詞：空間暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星BGO量能器的研制與標(biāo)定，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《蘭州大學(xué)》 2016年

暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星塑閃陣列探測(cè)器的設(shè)計(jì)與研制

周勇  

【摘要】：自1933年暗物質(zhì)概念首次被提出到現(xiàn)在,大量的天文觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了暗物質(zhì)的存在。雖然暗物質(zhì)假說已經(jīng)被天文學(xué)家普遍接受,并在標(biāo)準(zhǔn)的大爆炸宇宙學(xué)模型(ΛCDM模型)中扮演重要角色,但暗物質(zhì)的組成及其粒子屬性問題依然困擾著人們,不斷激發(fā)科學(xué)家們的研究興趣。粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型(The Standard Model)中不存在符合暗物質(zhì)基本性質(zhì)的候選粒子;另一方面,許多超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理理論都預(yù)言了可能的暗物質(zhì)粒子。因此,對(duì)暗物質(zhì)粒子進(jìn)行探測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究有可能導(dǎo)致新的物理學(xué)革命。暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星(DArk Matter Particle Explorer,簡(jiǎn)稱DAMPE)是我國獨(dú)立提出并自主研制的空間暗物質(zhì)探測(cè)項(xiàng)目,是目前國際上觀測(cè)能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間暗物質(zhì)粒子探測(cè)器。它基于間接探測(cè)的方法,通過測(cè)量空間中暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變產(chǎn)生的Te V量級(jí)的高能伽馬射線和電子能譜來研究暗物質(zhì)粒子。塑閃陣列探測(cè)器(Plastic Scintillator Detector,簡(jiǎn)稱PSD)是DAMPE的關(guān)鍵子探測(cè)器之一,它主要有兩個(gè)功能:1)協(xié)助BGO量能器進(jìn)行高能e/γ鑒別;2)對(duì)Z=1～20的宇宙線重離子進(jìn)行鑒別。本論文的工作圍繞PSD的設(shè)計(jì)和研制過程展開,主要內(nèi)容有:PSD選擇塑料閃爍體作為探測(cè)介質(zhì),通過測(cè)量入射粒子沉積能量的大小實(shí)現(xiàn)其基本功能。為了降低e/γ誤判率,PSD采用了模塊化設(shè)計(jì),由82個(gè)探測(cè)單元模塊組成X、Y相互垂直的兩個(gè)塑閃陣列平面。為了適應(yīng)空間應(yīng)用環(huán)境以及火箭發(fā)射過程,我們從力、熱、電三個(gè)方面出發(fā),對(duì)PSD各組件和功能模塊進(jìn)行了細(xì)致的設(shè)計(jì)。第二章對(duì)PSD的工作原理和總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。大動(dòng)態(tài)范圍讀出是PSD的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)PSD的功能需求,我們估算出PSD探測(cè)單元模塊需要覆蓋0.1 MIPs到1400 MIPs的動(dòng)態(tài)范圍,并完成了基于光電倍增管雙打拿極引出的讀出方案設(shè)計(jì)。我們對(duì)該方案進(jìn)行了詳盡的宇宙線測(cè)試和重離子束流測(cè)試,驗(yàn)證了其設(shè)計(jì)合理性。這些工作是第三章的主要內(nèi)容。PSD使用光電倍增管作為讀出器件,為了得到最佳的探測(cè)器性能,需要對(duì)使用的光電倍增管進(jìn)行詳盡的性能測(cè)試。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)并搭建了一套PMT批量測(cè)試平臺(tái),并用該平臺(tái)得到了PSD所有候選光電倍增管的相對(duì)增益特性曲線和Dy58比值增益特性曲線。第四章對(duì)這部分工作進(jìn)行了詳細(xì)介紹�？臻g實(shí)驗(yàn)的特殊環(huán)境要求PSD各組件具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。為此,我們制定了一套嚴(yán)格的質(zhì)量控制程序,并應(yīng)用到PSD組件生產(chǎn)和整體裝配過程中。第五章詳細(xì)介紹了PSD的建造過程,特別是PMT組件和塑閃單元條組件的測(cè)試、篩選、生產(chǎn)以及質(zhì)量控制。PSD的建造完成后,需要進(jìn)行完整細(xì)致的測(cè)試以得到其性能參數(shù)。我們專門設(shè)計(jì)和搭建了一套地面宇宙線標(biāo)定測(cè)試平臺(tái),并用該平臺(tái)對(duì)PSD進(jìn)行了宇宙線標(biāo)定。第六章對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行了介紹,同時(shí)給出了PSD宇宙線標(biāo)定的初步結(jié)果,包括基線噪聲,MIP響應(yīng),能量分辨率,衰減曲線,探測(cè)效率以及位置分辨能力。DAMPE已于2015年12月17日發(fā)射升空并成功進(jìn)入預(yù)定軌道。在軌測(cè)試顯示,PSD工作穩(wěn)定,各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求并與地面測(cè)試結(jié)果一致。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V474.1;V447
【目錄】：

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