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暗物质粒子探测卫星塑闪阵列探测器的设计与研制

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第一章绪论

1 .1 日首物质研究的现状

1 .2 暗物质粒子的空间间接探测

1 .3 暗物质粒子探测卫星简介

第二章塑闪阵列探测器分系统的设计

2.1 PSD的工作原理

2 .2 探测器主体功能模块

2 .3 高压扇出功能模块

2 .4 前端电子学功能模块

2 .5 机械支撑功能模块

2 .6 主要技术指标与关键技术、工艺

第三章大动态范围读出关键技术的设计与验证

3 .1 重离子在塑料闪烁体中的光产额

3.2 PSD动态范围需求的估算

3 .3 大动态范围读出方案的设计

3 .4 大动态范围读出方案的原理验证

第四章光电倍增管的性能测试

4.1 PMT批量测试平台

4.2 PSD对光电倍増管的测试需求

4.3 R4443的性能测试及结果

4.4 PMT批量测试平台在测试中的长期稳定性

第五章探测器组件生产与PSD整体组装

5.1 PMT的筛选

5.2 PMT组件的生产

5 .3 塑闪单元条组件的生产

5.4 PSD探测器的整体组装

第六章 PSD的宇宙线标定

6 .1 宇宙线地面标定测试平台

6.2 PSD的宇宙线标定测试配置

6.3 PSD的宇宙线标定结果

第七章总结与展望

7 .1 总结

7 .2 展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢

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摘要

自1933年暗物质概念首次被提出到现在,大量的天文观测结果证实了暗物质的存在。虽然暗物质假说已经被天文学家普遍接受,并在标准的大爆炸宇宙学模型(ACDM模型)中扮演重要角色,但暗物质的组成及其粒子属性问题依然困扰着人们,不断激发科学家们的研究兴趣。粒子物理的标准模型(The Standard Model)中不存在符合暗物质基本性质的候选粒子;另一方面,许多超出标准模型的新物理理论都预言了可能的暗物质粒子。因此,对暗物质粒子进行探测和实验研究有可能导致新的物理学革命。暗物质粒子探测卫星(DAMPE)是我国独立提出并自主研制的空间暗物质探测项目,是目前国际上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间暗物质粒子探测器。它基于间接探测的方法,通过测量空间中暗物质粒子煙灭或衰变产生的TeV量级的高能伽马射线和电子能谱来研究暗物质粒子。塑闪阵列探测器(Plastic Scintillator Detector,简称PSD)是DAMPE的关键子探测器之一,它主要有两个功能:协助BGO量能器进行高能e/γ鉴别;对Z=1?20的宇宙线重离子进行鉴别。
  本研究主要内容包括:⑴PSD选择塑料闪烁体作为探测介质,通过测量入射粒子沉积能量的大小实现其基本功能。为了降低e/γ误判率,PSD采用了模块化设计,由82个探测单元模块组成X、Y相互垂直的两个塑闪阵列平面。为了适应空间应用环境以及火箭发射过程,我们从力、热、电三个方面出发,对PSD各组件和功能模块进行了细致的设计。⑵大动态范围读出是PSD的关键技术之一。根据PSD的功能需求,我们估算出PSD探测单元模块需要覆盖0.1 MIPs到1400M IPs的动态范围,并完成了基于光电倍增管双打拿极引出的读出方案设计。我们对该方案进行了详尽的宇宙线测试和重离子束流测试,验证了其设计合理性。⑶PSD使用光电倍增管作为读出器件,为了得到最佳的探测器性能,需要对使用的光电倍增管进行详尽的性能测试。为此,我们设计并搭建了一套PMT批量测试平台,并用该平台得到了PSD所有候选光电倍增管的相对增益特性曲线和Dy58比值增益特性曲线。⑷空间实验的特殊环境要求PSD各组件具有更好的稳定性和可靠性。为此,我们制定了一套严格的质量控制程序,并应用到PSD组件生产和整体装配过程中。⑸PSD的建造完成后,需要进行完整细致的测试以得到其性能参数。我们专门设计和搭建了一套地面宇宙线标定测试平台,并用该平台对PSD进行了宇宙线标定。

著录项

  • 作者

    周勇;

  • 作者单位

    兰州大学;

  • 授予单位 兰州大学;
  • 学科 物理学·粒子物理与原子核物理
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 孙志宇;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 O572.212;
  • 关键词

    高能物理; 暗物质粒子; 粒子探测; 塑料闪烁体;

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