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羊八井宇宙线观测设备介绍

羊八井宇宙线观测设备介绍. 中日合作 EAS  阵列 中子监测器与中子望远镜 中意合作 ARGO 实验. 羊八井宇宙线观测站. AS γ 十年来的发展. 1984.5. 西藏考察，羊八井选址 1986.9 国际宇宙线研讨会（丰台） 西藏计划出台 1990.1 、 10. 建成投入观测

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Presentation Transcript

  1. 羊八井宇宙线观测设备介绍 • 中日合作EAS阵列 • 中子监测器与中子望远镜 • 中意合作ARGO实验

  2. 羊八井宇宙线观测站

  3. ASγ 十年来的发展 1984.5. 西藏考察，羊八井选址 1986.9 国际宇宙线研讨会（丰台） 西藏计划出台 1990.1 、10. 建成投入观测 AS -I Detector 45+16，Span 15m Aeff 8100m2 Emode 10TeV 1996.10. AS -II 221Sets 15m 36900m2 10TeV HD +77Sets 7.5m 5175m2 3TeV ( EC 80m + Burst Detector 80m) 1998.10. (引进中子堆及太阳中子望远镜） 1999.11. AS -III 545Sets 7.5m 22000m2 3TeV 2002.11.(进一步加密） AS -III 697Sets 7.5m 36900m2 3TeV 2003.11.(再一步加密） AS -III 753Sets 7.5m > 36900m2 3TeV 中方的计划： Burst Detector 400Sets 1.1m 450m2

  4. AS - II期阵列 1997年

  5. AS阵列控制室 Rb时钟 信号输入面板 HV TKO Control Room of AS Array

  6. AS 实验控制室一角 NIM & CAMAC FAST BUS 8mm磁带机 HV 在线微机 A Corner of AS Control Room

  7. AS阵列一角 (向西南看) 塑料闪烁体 光导箱 光电倍增管 A Part of AS Array ( Seeing Toward Southwest )

  8. 中日EAS阵列 • 用快时间光电倍增管（FT-PMT）测出簇射前端面不同位置粒子相对到达时间， • 来估计初级射线的入射方向。 • 用动态范围大的D-PMT测出距离簇射中心不同位置的粒子数密度，可以重建 • 簇射的横向分布，估计簇射的芯位和大小，进而估计初级射线的能量。 • 采样观测定簇射参数。 • 铅板 • 增加电子数。 • 提高快时间探测器测时精度，改善阵列角分辨。 • 闪烁体： • 上表面抛光，全反射 • 下表面粗糙，漫反射 • FT-PMT： • 上升1.3ns • 0.1~15个粒子 • D-PMT • 动态 10~1000个粒子 阳极接地，负高压工作方式。

  9. 数据获取系统 • FASTBUS • 提高数据传输速度160MB/sec • 支持多个控制型模块 • 并行处理，提高存储器的使用效率和控制程序的执行率，减少死时间。 • 最大程度的兼容性 • 工作原理 • D-PMT：230m同轴电缆 FASTBUS的ADC模块 电荷量的数字化，密度数据。 • FT-PMT：150m同轴电缆 DDB • FT-PMT粒子密度数据 • TDC的stop信号 • 高于-100mV甄别 扇入扇出 不同 • 甄别电平甄别器：-25mV，-75mV，-125mV，-175mV 触发条件：任意4路快时间控制器输出的信号幅度高于-100mV且在300ns的时间窗口内符合，则表示一次阵列触发。 • 记录：50GB容量AIT-2型磁带 • 触发事例的时间数据 • Scaler1、2、3路的计数率及100KHz的脉冲个数计数。 • TDC、ADC数据

  10. 数据产额：25GB/天 死时间：~10% 事例触发率：680Hz（any 4 trigger）现在~1000Hz 探测阈能：~1.5TeV 角分辨：~0.87º

  11. 中子监测器介绍 1998年中日合作在羊八井建成由28支NM-64型的中子管 组成的中子监测器系统，观测地面宇宙线流强的变化和伴 随太阳耀斑可能出现的太阳中子事件。 中子管剖面图

  12. 中子监测器 Counting rate Day • NM-64型 中子计数管 中子减速介质 • 三氟化硼（BF3）气体 • 500MeV~20GeV的原初宇宙线粒子 • 次级中子计数 • 每两只正比管配置一个计数单元 方波：500ns，80mV • 计数电路计数，GPS控制每秒统计一次计数 • 每个记录256byte，22M/天，8mm磁带记录，计数率 /小时

  13. 观测太阳中子的意义 • 中子不带电，不受太阳磁场和日地间磁场影响，携带 • 着太阳耀斑加速粒子的大量信息，对研究太阳耀斑加速 • 粒子的机制有重要意义。 • 羊八井的地理优势

  14. 地磁纬度：地磁纬度低，相应的垂直截止刚度高。地磁纬度：地磁纬度低，相应的垂直截止刚度高。 粒子数会受到一定限制。但 • a)低地磁纬度太阳处于较高天空位置时间长，太阳 • 中子所受衰减小。 • b)低地磁纬度排除了许多低能太阳质子而不影响太 • 阳中子。 • 海拔高度：海拔高度越高，大气厚度就越薄，中子 受到的衰减较小。 因此，羊八井特别适合观测太阳中子。

  15. 全世界建有中子监测器网络和中子望远镜网络，共同对宇宙全世界建有中子监测器网络和中子望远镜网络，共同对宇宙 线流强进行长期观测。

  16. 太阳中子望远镜 Solar Neutron Telescope

  17. 中子望远镜 9m2中子望远镜 240MeV 1次/10秒 81(9x9)个方向 2001年9月24日09:34:00UT • 中性粒子 入射粒子能量和方向 • 塑料闪烁体（1m1m40m）和正比计数管（10cm，3.3m，PR气体）组成 • 探测的中子能量大于240MeV • 9 9个方向 • 记录81道，对应81个方向，每10秒一次，每记录268byte，2.5M/天

  18. 中国羊八井宇宙线观测站ARGO实验厅 30°11’ N 4300m a.s.l.

  19. ARGO:100-300 GeV γ天文的先锋 ARGO的第一个事例: 2002年取于首批16个Clusters (计670M2RPC)。

  20. 高阻板粒子探测器 RPC PAD STRIP RPC ( Resistive Plate Chamber )

  21. 前端电子学采用GaAs芯片，固定在RPC的最边上。每块芯片对应一个Pad，8个Strip。前端电子学采用GaAs芯片，固定在RPC的最边上。每块芯片对应一个Pad，8个Strip。 该芯片将对探测器原始信号进行初步比较、整形。输出信号通过12米扁平电缆输入LOCAL STATION。前端电子学的输出信号如图示。

  22. ARGO地毯式探测器由中心的130个cluster和外面的24个cluster组成ARGO地毯式探测器由中心的130个cluster和外面的24个cluster组成 每个cluster包含12块RPC探测器 每个RPC探测器分为10个探测单元（称为Pad），而每个Pad由8根读数条（Strip）组成，如图示

  23. 羊八井ARGO全覆盖式阵列 YBJ ARGO Full Coverage Array (90.53 E, 30.11 N, ) 4300 m.a.l A Cluster of RPC in the Guard Ring A Cluster of RPC in the Carpet A Cluster consist of (6  2) RPCs

  24. ARGO的DAQ系统如图示。其中LOCAL STATION为DAQ的前沿系统，其负责接收来自一个CLUSTER的探测器前端电子学的信号，并将之数字化，记录时间信息；同时对探测器着火数进行统计，向TRIGGER STATION发送统计结果。CENTRAL STATION为DAQ系统的总部，将对来自所有LOCAL STATION的数据进行汇总，并进行事例重建和存储数据。ARGO的DAQ系统采用TRIGGER方式驱动，TRIGGER STATION接收来自各个LOCAL STATION的TRIGGER信号，进行判断之后，向CENTRAL STATION 和LOCAL STATION发送TRIGGER（即Common Stop），该次采数开始。RPC探测器为气体探测器，对温度、湿度比较敏感，为了保证探测器能一直工作在稳定区域，还设置了CONTROL STATION对温度、湿度、高压、低压、气体流量以及计数率进行监控

  25. ARGO探测器和电子学的主要部件数目： 预期的事例率和原始数据产生率： *年产额2 1014bytes，相当于将于三年后建成的世界最大加速器LHC的1/35。

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