KIMS地下实验中μ子本底的研究

KIMS是寻找和研究暗物质WIMP的实验组. 在WIMP寻找实验中，μ子是十分重要的一种本底. 我们对地下700m深的Yangyang实验室内的μ子通量进行了测量. 介绍了μ子探测器的结构和性能测试. 描述了对μ子入射位置和角度分布的分析，并进行了蒙特卡罗模拟. 实验室内的μ子通量测量值为(7.0±0.4))×10^-8/s/cm²/sr.     

微通道板型X射线探测器的脉冲信号探测能力实验分析

为了掌握微通道板探测器的X射线脉冲信号观测能力,利用X射线脉冲星地面实验装置,开展了长时间的不同流强和不同背景噪声强度下的微通道板探测器脉冲信号探测实验,并建立了一套X射线探测器脉冲观测能力评估方法,推导出基于光子计时模式下X射线探测器的脉冲信号信噪比、脉冲轮廓相似度、脉冲到达时间精度和最小可探测功率的关系表达式.实验中,利用面积20cm~2的微通道板探测器开展了8组10 000s的实验,采集到有效观测数据,然后搜索最佳脉冲周期,重构观测脉冲轮廓,估计脉冲轮廓特征参数.实验表明,微通道板探测器具备良好的X射线脉冲信号观测与恢复能力,在较弱脉冲信号强度(光子流量密度为0.05ph/cm~2/s)和较强背景噪声(背景噪声强度是脉冲信号的16倍)下获取观测脉冲轮廓的信噪比、相似度、脉冲到达时间观测精度分别为35.73、88.38%、51.53μs和64.89、89.72%、29.24μs,验证了微通道板探测器具备一定的暗弱X射线脉冲星观测能力,且微通道板探测器的脉冲探测能力随着脉冲信号强度增加、背景噪声强度减弱、累积观测时间增加而提升.     

二维多丝室探测器读出方法的优化

中国散裂中子源将建设一台基于~3He气体的二维多丝室,作为多功能反射谱仪束线的中子探测器.基于已有的研究,为优化选择二维多丝室探测器的丝结构,本文研究了三种不同的丝结构,并采用重心读出方法和数字读出方法进行了探测器的性能测量,得到了满足多功能反射谱仪探测器需求的读出方法.实验结果表明:对同种丝结构的二维多丝室探测器,重心读出方法的位置分辨和成像性能都好于数字读出方法;基于重心法读出的多丝室探测器位置分辨率可以达到约160μm,基于数字读出方法的多丝室探测器位置分辨率可以达到约400μm.优化设计的丝结构为:基于重心读出法的阳极丝间距1.5 mm、读出通道间距4 mm,基于数字读出法的阳极丝间距1.5 mm、读出通道间距2 mm.优化设计的丝结构均能满足谱仪的位置分辨要求.     

面向脉冲星导航的聚焦型X射线探测器测试标定方法研究

通过脉冲星辐射信号特征研究和空间观测需求分析,提出了一种面向导航应用的X射线探测器测试方法.首先推导了X射线光子欠探测概率公式,分析了不同星源流量及不同探测器时间分辨率下对光子探测能力的影响.通过数值模拟方法建立了脉冲到达时间与脉冲轮廓相似度的关系.处理了我国硬X射线调制望远镜的Crab脉冲星观测数据,研究了不同能段脉冲轮廓差异.其次,系统地研究了面向导航应用的X射线探测器测试及处理方法,并利用地面测试系统完成了一款自主研发的聚焦型X射线探测器测试工作.通过数据分析得到,聚焦型探测器本底噪声为3.63×10-5ph/(cm~2·s~(-1)),工作能区为0.2～22.7keV,时间分辨率为4.17μs,空间响应约为5′,能量非线性为0.52%,能量分辨率优于200eV@5.7keV,典型探测效率为39.18%@4.51keV.聚焦型X射线探测器在弱脉冲信号及强背景噪声下,均能还原出Crab脉冲星脉冲轮廓,在2 400s内能够探测到辐射流量弱于背景噪声10倍的脉冲信号.结果表明,该款聚焦型探测器性能优秀,能够满足导航脉冲星(如PSR B1509)的空间观测需求,也验证了测试方法的可行性.     

对1014—1016eV能区宇宙线多μ现象的分析

在不同成分初级宇宙线入射的情况下, 用强子相互作用的Scaling模型加上大横动量喷注产生机制来模拟宇宙线多μ现象. 结果表明, 重核对于深层地下多μ事例中μ子多重数高的事例有明显的贡献. 但在重核为主的假设下, 产生的事例数仍小于实验值, 预示多μ事例还有其他来源. 多μ事例的横向分布与实验基本一致.     

对10~(14)—10~(16)eV能区宇宙线多μ现象的分析

在不同成分初级宇宙线入射的情况下,用强子相互作用的Scaling模型加上大横动量喷注产生机制来模拟宇宙线多μ现象.结果表明,重核对于深层地下多μ事例中μ子多重数高的事例有明显的贡献.但在重核为主的假设下,产生的事例数仍小于实验值,预示多μ事例还有其他来源.多μ事例的横向分布与实验基本一致.     

利用示波器测量μ子寿命

μ子是地球表面的主要宇宙射线,可以通过碘化钠等常见闪烁体探测器进行探测.本文介绍了一种利用高采样率的示波器对探测器所捕捉到的μ子信号及其衰变信号进行数字化采集、线下软件分析的实验方法,进而得到μ子寿命.本实验操作相对简单,可以在不使用放射源和传统核电子学的情况下,拓展为近代物理或专业物理实验中的一个粒子探测前沿项目.     

基于参量下转换自校准辐射基准源原理样机的光机设计

为满足全球气候观测、定量化遥感等超高精度定标需求,研制了基于参量下转换自校准辐射基准源原理样机,设计时充分考虑原理样机模块化、轻量化与集成化.对探测器模块关键部位结构进行静力学分析,结果显示由零件形变导致探测器光敏面位置偏移21μm,探测器光敏面直径为180μm,透镜聚焦的光子光斑直径为16μm,光斑可全部进入探测器光敏面,满足设计需求.用微光相机观察各探测器前光子光斑,结果显示光斑形状规则、大小完整,用单光子探测器采集相关光子,通过符合测量绘制出八通道四对相关光子符合峰,验证了原理样机整机结构设计达到设计目标.     

判别分析法用于ALEPH实验的π-μ鉴别

利用多元统计的判别分析方法,对ALEPH实验的强子量能器模型以及实际探测器的强子量能器和μ子探测器进行了π-μ粒子鉴别的研究.     

超导转变边沿探测器梁架尺寸估算方法

由于具有极低的噪声等效功率,超导转变边沿探测器(transition edge sensor, TES)近年来被广泛地应用于国际各个宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background, CMB)极化观测项目中.为保证探测器工作在性能最佳区间,探测器饱和功率值需根据观测地点气象条件及观测波段进行调整,而探测器梁架结构尺寸直接决定了饱和功率大小.因工艺差异等原因,不同加工方案下得到的梁架尺寸参数往往不能直接用于横向比对.在之前的观测项目中,一般先加工出一系列不同尺寸器件并逐一测量,然后通过拟合实测饱和功率与梁架尺寸的关系推测实际需要尺寸.为了与目标值匹配,往往需要多次加工迭代过程.本文使用边界限制的声子输运模型,成功整合了之前观测项目中的器件参数,对TES梁架尺寸进行预估.并按照预估值首次在国内制备了用于探测CMB极化信号的TES探测器芯片.测量表明参数与目标值相差较小.该方法可以很好地对同类TES探测器尺寸进行估计,对之后TES探测器的设计有指导性意义.     

红外场景投射器双波段投影光学系统设计

为了使红外场景投射器投射出的红外场景更加逼真,设计了一入瞳距800mm、入瞳100mm和视场为±2.5°的双波段红外场景投射器投影光学系统。研究了红外场景投射器双波段投影光学系统的设计过程,分析了初始结构选择的方法。该系统可以模拟主要发出波长为3~5μm的高温物体和波长为8~12μm的常温物体,可以分别使用3~5μm波段红外探测器和8~12μm波段红外探测器进行观测,并对该系统进行了像质评价和公差分析。     

新型激光产品

新型激光产品激光探测器日本东京松下研究所公司前不久研制出一种防灾激光探测器，可探测出在弥漫的火焰或烟雾中的物体。该探测器是一种主动探测器，它向物体发射红外激光束，并可把反射回来的射束形成图像。所采用的１０．６μｍ波长二氧化碳激光束对烟雾具有良好的穿透...     

基于地基观测的时序卫星红外光谱建模与分析

针对地基观测的卫星红外光谱受复杂因素的影响和外场试验对测量卫星物性信息的缺乏,无法解释卫星红外光谱反演出特征的有效性和具体物理意义的问题,提出了一种基于地基观测的卫星热红外光谱的建模和分析的方法.首先,考虑了太阳辐射、地球辐射、卫星各面对探测器的可见情况、地基探测器可探测卫星的范围、大气衰减等因素的影响,更加准确地建立卫星热红外光谱模型.然后,以风云三号卫星为例,利用该模型计算了在观测时序上卫星在地基探测器入瞳上的3—14μm红外光谱辐照度;分析了影响卫星红外光谱变化的主要因素.最后,利用普朗克函数拟合卫星红外光谱,提取出特征与卫星的物性比较,并对其进行分析.结果表明:在各种影响因素中,由卫星运动引起的对探测器可见情况的改变是影响卫星红外光谱数据的主要因素.等效温度和等效面积物理含义能被有效地解释,等效温度接近于太阳帆板的温度,温差仅在15 K左右,等效面积能表征卫星投影面积的变化;发现利用帆板和本体有较大的温差,能实现帆板和本体的分离,并实现新特征的提取.     

地下引力波探测器

日本物理学家建成了世界上第一个地下引力波探测器.初步检验表明,由于地下的环境噪声减低使得在矿井中的激光干涉仪引力波小型观测站(LISM )能够稳定地工作.探测器安置在超神冈中微子探测器附近地下1km深处.引力波是时空结构中的波动,可由空间中大块物质加速而产生.然而,即使像     

单行载流子光电探测器中空间电荷屏蔽效应理论分析和实验研究

本文优化设计和外延生长了一种单行载流子(UTC)光电探测器有源区结构,并且采用微电子工艺制备了台面尺寸为30μm的UTC光电探测器.同时,采用了漂移-扩散模型对该有源区结构进行了理论模拟,从载流子浓度和空间电场角度重点分析研究了空间电荷屏蔽效应对UTC光电探测器直流饱和特性影响的物理机理.UTC光电探测器理论模拟结果与实测数据基本相符.     

基于集成法布里-珀罗微腔阵列的16通道快照式多光谱成像

通过将窄带法布里-珀罗微腔阵列与可见光探测器焦平面阵列粘贴集成,展示了一种微小紧凑型多光谱成像探测器.通过四次分形组合蚀刻工艺,先在石英基底上获得了以4×4为基本重复单元、共计2048像素×2048像素的微腔滤光阵列;再与探测器芯片贴合后形成了微小型多光谱成像探测器.微区光谱检测表明,微腔阵列样品的响应光谱峰值在520—680 nm之间变化,半峰处的全宽小于10 nm,透过率约70%.可调谐波长单色光合作光源检测表明,该多光谱成像探测器具有16个不同的窄带响应谱;利用光谱通道能清晰分辨目标特征光谱;通过光谱通道图像相减,能有效消除视野中背景,提高目标对比度.它有望应用于皮肤表面观测等辅助诊断,以及逆光条件下目标观测的高动态范围成像等.     

二维材料光电探测器的研究初探

以二维材料的光电探测器为主要研究对象,介绍光电探测器的工作原理,并对多种二维材料光电探测器进行分析,提出增大光吸收率,改良二维材料的制备等改善光电探测器性能的方法.     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

锥束CT平板探测器成像的余晖建模与校正方法

锥束CT具有高效率和高精度的显著特点, 在医学成像与工业无损检测等领域已得到广泛应用, 但余晖的存在降低了CT图像的质量. 本文借鉴余晖多指数衰减模型的思想, 结合平板探测器输出信号的实际衰减规律, 提出了一种新的基于多指数拟合的余晖衰减建模及校正方法. 首先进行了基于平板探测器的锥束CT成像实验, 结果表明平板探测器各像素的余晖衰减规律具有良好的一致性, 且余晖衰减规律与初始灰度的大小无关; 其后根据建立的余晖衰减模型实现了余晖的快速校正, 并分析比较了余晖校正前后投影图像和切片图像质量, 表明余晖校正后的零件轮廓清晰度得到了显著提升. 该方法无需获取探测器闪烁体成分及其衰减时间常数, 便于实际锥束CT成像系统的余晖检测与校正. 关键词： 余晖 平板探测器 锥束CT 多指数衰减     

用大气荧光观测超高能宇宙线的τ中微子望远镜(CRTNT)性能研究

讨论了测量超高能宇宙线的τ中微子望远镜(CRTNT)的性能. 利用Monte Carlo方法对探测器作了详细的模拟, 并研究了探测器以一个塔形主探测器和两个高视角辅探测器协同触发的布局, 以及对大气簇射作立体观测时的物理性能. 计算了当能量高于10¹⁷eV时, 探测器的有效面积. 用于第2个膝区物理研究时事例率估计可达20k个/年. 还估算了与其他探测器交叉定标的事例率. 比较和优化了探测器的不同几何布局.