LHAASO-KM2A阵列对30TeV以上γ射线源的灵敏度估计

发布时间：2019-11-20 20:19

【摘要】： 羊八井国际宇宙线观测站坐落于我国西藏高原海拔4300米的羊八井镇,拥有着我国著名的地热能源,青藏铁路从这里穿过,有通讯光缆通过。它宽阔平坦的地势、冬无积雪的气候优势、附近地热发电厂的电力供应、良好的通讯、生活设施,使其成为世界上最理想的高山地面宇宙射线探测基地。 坐落在羊八井的ARGO和Asγ实验作为目前甚高能γ天文界上正在运行的宇宙线地面阵列探测实验,拥有着高海拔、良好的后勤支持等优势地位,已经运行了20多年了。由于探测器面积小、不能有效地排除本底事例,该实验在γ射线探测灵敏度上,总是略低于同时期的契伦科夫望远镜,未能充分发挥高海拔观测站在大视场、不间断巡天扫描观测的巨大潜在优势。 LHAASO是计划在羊八井建立的一个大型超复合地面粒子探测器阵列,覆盖面积达1平方千米,利用光子、强子引起的簇射中的μ子含量不同,有效地排除本底事例,以期大幅提高灵敏度,改变目前的被动局面。LHAASO的两个子阵列:电子探测器阵列、μ子探测器阵列复合成的阵列称为KM2A阵列。本文基于对LHAASO的前期预研,通过模拟KM2A阵列对30TeV以上的γ源的灵敏度,来估计阵列的性能。 本文大体可以分为以下几个部分: 第一章介绍了宇宙线的背景知识,包括宇宙线的早期研究、宇宙射线的成分以及能谱、几种探测宇宙线的方法以及宇宙线的研究现状。 第二章介绍了LHAASO的基本情况、科学目标以及基础设施。包括目前地面阵列的局限性、建设LHSSAO的必要性、计划建设的基础设施等。 第三章介绍了LHAASO对30TeV以上的γ源的灵敏度模拟方法以及模拟结果。包括模拟广延大气簇射使用的CORSIKA软件包、LHAASO-KM2A使用的两种探测器:电子探测器、μ子探测器以及两种探测器阵列的布局、判选条件的选择、阵列的有效面积、角分辨的计算方法及结果、灵敏度的模拟结果、γ/p分辨的方法以及结果,并给出了KM2A的灵敏度曲线。 第四章讨论了KM2A对30TeV以上γ源的灵敏度模拟结果,展望了未来LHAASO能对γ天文和宇宙线物理做出的贡献。
【图文】：

早在一百多年前，人们就发现了宇宙线，但是对宇宙线的起源，人们至今都没有弄清楚。大多数宇宙线粒子在进入地球大气层之前，已经跋涉了很长的距离，在传播的过程中，它们不断与星际物质发生碰撞，衰变成其他粒子。其中带电粒子在穿过星际磁场和行星际磁场时，受到偏转作用而改变方向。中性且寿命长的粒子如光子等，不受磁场的影响，这些粒子携带着关于它的起源以及传播过程中的相互作用等信息，是目前人类能获得的唯一的太阳系外的物质样品。研究宇宙线，，对人们了解宇宙有着不可或缺的作用。1.1 宇宙线的概述天体源不断的向外辐射高能粒子，主要是高能电子、光子（γ 射线）和核子。这些粒子经过漫长的跋涉，与星际气体的空气核相互作用产生粒子流，这些粒子流进入地球大气层，与空气核相互作用产生次级粒子，次级粒子再与空气核作用产生三级粒子，并这样发展下去，产生更多次级粒子，直到次级粒子的平均能量接近某些临界值。此时次

首次使用卫星上的探测器发现了γ 射线[6]。1.1.2 宇宙线的基本特征目前观测表明，初级宇宙线的成分主要是极化了的核子和原子核。TeV 能区测得的宇宙线成分是：质子约占 79%、α 粒子（氦核）约占 14%，其它重核约占 5%[7]、电子约占 1%、还有不到 1%的光子和少量中微子。宇宙线的能谱可以用谱指数在 2.5~3.2 之间的负幂率谱来描述： γdN / dE∝ E（1）其中 N 是粒子数，E 是宇宙线的能量，γ 是能谱指数[8]。从图 1.2 中可以看出能谱有一些明显的特性：
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P172.4

【参考文献】

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1 刘茂元;利用羊八井ARGO实验研究宇宙线大尺度各向异性[D];河北师范大学;2009年

本文编号：2563687