發(fā)布時間：2016-11-01 11:13

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

《蘭州大學》 2016年

暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星塑閃陣列探測器的設計與研制

周勇  

【摘要】：自1933年暗物質(zhì)概念首次被提出到現(xiàn)在,大量的天文觀測結(jié)果證實了暗物質(zhì)的存在。雖然暗物質(zhì)假說已經(jīng)被天文學家普遍接受,并在標準的大爆炸宇宙學模型(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)科學家們的研究興趣。粒子物理的標準模型(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,許多超出標準模型的新物理理論都預言了可能的暗物質(zhì)粒子。因此,對暗物質(zhì)粒子進行探測和實驗研究有可能導致新的物理學革命。暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星(DArk Matter Particle Explorer,簡稱DAMPE)是我國獨立提出并自主研制的空間暗物質(zhì)探測項目,是目前國際上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間暗物質(zhì)粒子探測器。它基于間接探測的方法,通過測量空間中暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變產(chǎn)生的Te V量級的高能伽馬射線和電子能譜來研究暗物質(zhì)粒子。塑閃陣列探測器(Plastic Scintillator Detector,簡稱PSD)是DAMPE的關鍵子探測器之一,它主要有兩個功能:1)協(xié)助BGO量能器進行高能e/γ鑒別;2)對Z=1～20的宇宙線重離子進行鑒別。本論文的工作圍繞PSD的設計和研制過程展開,主要內(nèi)容有:PSD選擇塑料閃爍體作為探測介質(zhì),通過測量入射粒子沉積能量的大小實現(xiàn)其基本功能。為了降低e/γ誤判率,PSD采用了模塊化設計,由82個探測單元模塊組成X、Y相互垂直的兩個塑閃陣列平面。為了適應空間應用環(huán)境以及火箭發(fā)射過程,我們從力、熱、電三個方面出發(fā),對PSD各組件和功能模塊進行了細致的設計。第二章對PSD的工作原理和總體設計進行了簡單介紹。大動態(tài)范圍讀出是PSD的關鍵技術之一。根據(jù)PSD的功能需求,我們估算出PSD探測單元模塊需要覆蓋0.1 MIPs到1400 MIPs的動態(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計。我們對該方案進行了詳盡的宇宙線測試和重離子束流測試,驗證了其設計合理性。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器性能,需要對使用的光電倍增管進行詳盡的性能測試。為此,我們設計并搭建了一套PMT批量測試平臺,并用該平臺得到了PSD所有候選光電倍增管的相對增益特性曲線和Dy58比值增益特性曲線。第四章對這部分工作進行了詳細介紹。空間實驗的特殊環(huán)境要求PSD各組件具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。為此,我們制定了一套嚴格的質(zhì)量控制程序,并應用到PSD組件生產(chǎn)和整體裝配過程中。第五章詳細介紹了PSD的建造過程,特別是PMT組件和塑閃單元條組件的測試、篩選、生產(chǎn)以及質(zhì)量控制。PSD的建造完成后,需要進行完整細致的測試以得到其性能參數(shù)。我們專門設計和搭建了一套地面宇宙線標定測試平臺,并用該平臺對PSD進行了宇宙線標定。第六章對該平臺進行了介紹,同時給出了PSD宇宙線標定的初步結(jié)果,包括基線噪聲,MIP響應,能量分辨率,衰減曲線,探測效率以及位置分辨能力。DAMPE已于2015年12月17日發(fā)射升空并成功進入預定軌道。在軌測試顯示,PSD工作穩(wěn)定,各項性能指標滿足設計要求并與地面測試結(jié)果一致。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V474.1;V447
【目錄】：

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本文編號：160788