暗物質(zhì)的存在已被越來越多的天文觀測所證實,在其眾多的候選者中,WIMPs具有非常突出的優(yōu)勢,并成為現(xiàn)今最熱門的暗物質(zhì)探尋對象�？臻g暗物質(zhì)探測實驗就是通過探測WIMPs湮滅或衰變產(chǎn)生的末態(tài)粒子：伽馬射線、電子和正電子等,來間接地尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)。暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星(Dark Matter Particle Explorer,縮寫DAMPE)是中國科學院空間戰(zhàn)略先導專項的首批四顆科學探測衛(wèi)星之一,預計將于2015年12月作為首星發(fā)射。在學習和理解國際上已完成(如ATIC, PAMELA)和正在運行(FERMI-LAT, AMS-02)的同類實驗的基礎(chǔ)上,DAMPE將致力于極高能段的正負電子(5GeV-10TeV)、伽馬射線及核素能譜的測量,以期以較高的測量精度填補高能段的測量空白。本文工作的重心是BGO電磁量能器,它是DAMPE實驗的核心子探測器之一。文中首先對暗物質(zhì)的提出、候選及搜尋等物理背景做了介紹。進而從DAMPE探測器設(shè)計目標和結(jié)構(gòu)出發(fā),對其各個子探測器進行了較系統(tǒng)的描述。大能量動態(tài)范圍(5GeV-10TeV)的測量是DAMPE項目的關(guān)鍵技術(shù)之一,BGO量能器中,光電倍增管的分...

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 暗物質(zhì)與暗能量
        1.2.1 暗物質(zhì)
        1.2.2 暗能量
        1.2.3 暗物質(zhì)的候選者
        1.2.4 暗物質(zhì)探尋
    1.3 可能的方向-替代理論
    參考文獻
第二章 暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星(DAMPE)
    2.1 設(shè)計指標
    2.2 DAMPE的組成和子探測器設(shè)計
        2.2.1 塑料閃爍體探測器(PSD)
        2.2.2 硅微條徑跡探測器(STK)
        2.2.3 BGO電磁量能器(BGO ECAL)
        2.2.4 中子探測器(NUD)
    2.3 觸發(fā)方案
    2.4 DAMPE軌道參數(shù)和空間環(huán)境
    參考文獻
第三章 BGO量能器關(guān)鍵技術(shù)
    3.1 設(shè)計分析
    3.2 性能評估
    3.3 PMT base設(shè)計
        3.3.1 分壓電路設(shè)計
        3.3.2 不同穩(wěn)壓電容分布的比較
        3.3.3 信號串擾
        3.3.4 對地電阻、電容值的選擇
        3.3.5 結(jié)構(gòu)和熱設(shè)計
    3.4 動態(tài)范圍
    3.5 小結(jié)
    參考文獻
第四章 BGO量能器單元測試和整機組建
    4.1 量能器的基本原理
        4.1.1 電磁簇射和電磁量能器
        4.1.2 強子簇射和強子量能器
    4.2 基本探測單元性能測試
        4.2.1 鍺酸鉍(BGO)晶體
            4.2.1.1 特征參數(shù)
            4.2.1.2 光傳輸衰減
            4.2.1.3 溫度效應
        4.2.2 光電倍增管(PMT)
            4.2.2.1 PMT結(jié)構(gòu)和原理
            4.2.2.2 時間穩(wěn)定性
            4.2.2.3 溫度效應
            4.2.2.4 磁場效應
        4.2.3 光電倍增管老化實驗
            4.2.3.1 測試方法
            4.2.3.2 測試結(jié)果分析
        4.2.4 PMT磁屏蔽和灌封
        4.2.5 PMT批量測試
            4.2.5.1 LED測試系統(tǒng)
            4.2.5.2 PMT打拿極線性
            4.2.5.3 PMT暗計數(shù)率
        4.2.6 600mm的長晶體性能
        4.2.7 量能器的整機組建
            4.2.7.1 最小探測單元
            4.2.7.2 量能器的整機組建與溫度監(jiān)控
    4.3 整機測試與環(huán)境試驗
    4.4 小結(jié)
    參考文獻
第五章 探測單元的參數(shù)刻度
    5.1 探測器刻度基本流程
    5.2 電子學DAC刻度
    5.3 電子學基線(Pedestal)
    5.4 BGO晶體的光傳輸衰減長度
        5.4.1 k₀/K₁刻度
        5.4.2 衰減長度
        5.4.3 600mmm長BGO晶體的分期生長問題
    5.5 PM'T的打拿極關(guān)系(Dynode ratios)
    5.6 最小探測單元(MDU)的MDs響應
    5.7 探測單元的溫度效應
        5.7.1 基線隨溫度的變化
        5.7.2 MIPs峰位隨溫度的變化
    5.8 觸發(fā)系統(tǒng)的TA閾值標定
    5.9 小結(jié)
    參考文獻
第六章 蒙特卡洛模擬的參數(shù)數(shù)字化
    6.1 蒙特卡洛方法及Geant4簡介
    6.2 BGO量能器精細化的數(shù)字化全模擬流程考慮
    6.3 BGO量能器模擬的快速數(shù)字化
        6.3.1 能量分辨率
        6.3.2 閾值
        6.3.3 快速數(shù)字化流程
    6.4 數(shù)字化模擬結(jié)果
    6.5 小結(jié)
    參考文獻
第七章 高能粒子束流標定及其模擬
    7.1 束流條件和設(shè)置
        7.1.1 束流條件實驗內(nèi)容
        7.1.2 DAMPE束流實驗設(shè)置
    7.2 實驗溫度監(jiān)測及參數(shù)標定
    7.3 電子的能量重建與修正
        7.3.1 MPs能量標度及打拿極關(guān)系
        7.3.2 電子能量重建
        7.3.3 束流的數(shù)字化模擬對比
        7.3.4 粒子垂直入射晶體縫隙問題
        7.3.5 電子能量修正
    7.4 量能器的角度重建
        7.4.1 電子束流角度重建
        7.4.2 角度重建的修正
    7.5 電子和質(zhì)子區(qū)分
        7.5.1 能量在量能器中的分布
        7.5.2 電子和質(zhì)子不同特征
    7.6 誤差來源
    7.7 小結(jié)
    參考文獻
第八章 總結(jié)
致謝
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本文編號：3737763