WCDA时间标定系统的研制与测试

发布时间：2021-10-12 03:11

　　地面水切伦科夫探测器（Water Cherenkov Detector Array, WCDA）是高海拔宇宙线观测站（Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO）的重要组成部分,主要科学目标是实现在甚高能中低能段（100 GeV～30 TeV）对整个北天区伽马源进行巡天观测。为了确保对辐射源探测的指向准确性,需要对探测器阵列进行时间标定。主要介绍了水切伦科夫探测器时间标定方法、标定系统的搭建以及关键部件——分光光纤束的批量测试。 

【文章来源】：天文研究与技术. 2020,17(03)CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

水池交叉标定方案示意图

光触发系统由主控母板(Mother board)和子板(Slave board)组成,两者通过RS485总线相连。RS485线连接主控母板和子板之间的通信,包括指令传输、发光频率、驱动脉宽控制,用于调节发光二极管的发光状态。同一套光纤束内的光电倍增管通过接收经过分光光纤束分发后的同步发光二极管信号,得到相对时间信息,再经过扣除光纤之间的时间差并进行数据修正,得到光电倍增管之间的时间差。整个系统架构如图3。3 光纤束的批量测试

水切伦科夫探测器每个探测单元用来探测簇射事例次级粒子产生的切伦科夫光。为了满足探测器的性能指标,阵列指向精度要求优于0.1°,探测器时间标定精度要优于0.2 ns。时间标定精度通过数据模拟得到,模拟大气簇射粒子打在一个簇射区域内,得到角度分辨率和时间精度之间的关系式 δt= δθ A (Ν-2)S 。其中,δθ为重建事例在不同时间精度δt下对应的角分辨率;S为触发区域面积;N为光电倍增管的击中数;N-2为大气簇射拟合的自由度;A为常系数,它是对不同的时间精度拟合得出的平均值[3]。大型探测器在标定方面通常采用统一的外部光源照射所有探测单元的方法。对于水切伦科夫探测器,占地面积大,各探测单元之间为了防止切伦科夫光的串扰,选用黑色隔光帘进行分隔,这一布局特点使其难以采用单一光源进行全阵列的标定。若采用光源 + 光纤的方法,对于单个水池光纤长度需要220 m以上,这对标定脉冲光的衰减及展宽影响很大,从而影响测试精度,且不利于安装维护。因此,为了实现全阵列的标定,水切伦科夫探测器采用交叉标定的方案[4],基于电子学的布局,每6 × 6个单元组成一个群,一个水池包含900个探测单元,即25个群。通过刻度群之间的相对时间差,完成全阵列刻度的标定[5]。为此,每个群放置两套发光二极管 + 光纤束的光源系统,其中,一套光纤束用于标定群内部的36支光电倍增管,另外一组光纤束与相邻群进行光纤交换,以此实现整个阵列内群交叉的目的(如图2)。图2 水池交叉标定方案示意图


本文编号：3431773