地表大气宇宙射线中μ子寿命和通量的研究

发布时间：2020-07-15 11:27

【摘要】：宇宙射线是来自于宇宙空间的高能粒子流,在进入地球大气层后会与大气中的氮、氧、氢等原子核发生相互作用,产生大量的次级粒子,这种现象即为广延大气簇射。这些次级粒子在穿越地球的过程中逐渐被地球中的介质所吸收,而且大部分粒子寿命较短,在飞行的过程中发生衰变,所以不能到达地球表面,但是次级粒子中的μ子寿命相对较长,再加上入射时动量很大、速度较高,由于相对论效应可以飞到地球表面,所以地表的次级宇宙射线粒子中,有90%左右的成分是μ子。宇宙射线次级粒子多数带正电荷,进入地球后会因为地球磁场的作用而发生偏转。南北方向上,纬度越低,粒子进入地球所需要的能量越高,通量越小;东西方向上,西方向的截止刚度较小,通量较大。这就形成了地表宇宙射线的东西南北效应,且这种效应会在不同地理位置而有一定的差异性。地球磁场影响地表宇宙射线通量的理论虽然已经被人熟知,但是对应的实验测量数据却比较匮乏,并且大部分测量数据来源于大型宇宙射线探测阵列,使得地表宇宙射线的研究进展缓慢。针对以上问题,本文主要对地表宇宙射线进行了仿真,并使用小型宇宙射线探测器对μ子寿命和通量进行了精确测量。具体工作如下:1.使用CORSIKA仿真软件对地表宇宙射线中粒子的成分以及能量进行仿真,仿真结果中有86%的粒子是μ子,平均能量为2.85GeV,与理论相一致。尝试用CORSIKA仿真软件对宇宙射线通量进行仿真,仿真结果表明宇宙射线存在东西南北效应。2.测量μ子在塑料闪烁体中的平均寿命。通过扣除μ子入射事例之间的偶然符合和μ子与电子学噪声之间的符合所带来的本底,并采用数值积分拟合方法,将测量结果由2140±28.6(ns)提高到2154.4±8.3(ns),与理论值仅差1.94%。3.改装CRP3实验装置,扩大探测器探测角度,提高宇宙射线通量测量精度。利用该实验装置测得μ子的计数随天顶角的变化符合经验公式I(0)=Io cosαθ,角度依赖关系参数α在误差允许范围内与理论上一致。首次对武汉地区宇宙射线通量的东西南北效应进行测量,测得东西和南北方向上分别有0.78%和8.2%的不对称性。4.提出进一步提升通量测量精度的方案,并对该方案进行详细分析和实验。该方案是用两个二维读出的多丝正比室搭建一个望远镜系统,每个丝室可确定一个位置信息,利用两个丝室即可还原粒子径迹。由于丝室的位置分辨率在毫米量级,相较于CRP3实验设备,可大幅度提高测量精度,缩短测试时间。
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.323
【图文】：

使得电子和光子的数目急剧增加。随着电磁簇射的发生，粒子数目越来越多，但是逡逑粒子的能量在发生相互作用的过程中逐渐减小，直到光子能量小于临界能量逡逑（１．０２ＭｅＶ）邋，邋Ｙ光子不能继续产生电子对，电磁簇射停止。图１．１即为广延大气簇逡逑射ｔ１４］的示意图，很形象的解释了电磁簇射中各粒子之间的关系。逡逑ｋ：、逡逑图１．１广延大气簇射逡逑１９３３年美国物理学家罗西％对次级宇宙射线进行了探测，他采用了三个计数管逡逑组成的望远镜系统，通过观测次级宇宙射线在通过不同厚度的铅层后的强度，发现逡逑次级宇宙射线并不是均匀的，有一部分粒子通过ｌ0ｃｍ的铅层就会被吸收掉，而另逡逑一部分粒子却可以穿透相当厚度的铅层，因此他将前者称为次级宇宙射线的“软成逡逑分”，后者称为“硬成分”。后来一系列的实验证明，宇宙射线中的硬成分主要是逡逑３逡逑

仿真时可以选择不同形式的数据输出形式。程序默认的输出数据为２进制文件，逡逑内存占用较小，也可以将数据直接输出为文本文件或ＲＯＯＴ程序文件。由于本文在逡逑处理数据时选用的为ＲＯＯＴ程序，因此采用的输出文件方式为ＲＯＯＴ。在输出文件逡逑中包含两部分信息，一是数据卡输入信息，二是次级宇宙射线中各个粒子的信息。逡逑我们可以根据仿真给出的数据卡信息文件和我们填入数据卡的数据进行对比来判逡逑断此次仿真的准确性。逡逑Ａｚｉｍｕｔｈ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ逦逦ｈｔｅｍＰ逦逡逑Ｅｎｔｒｉｅｓ邋１００００逡逑—邋ｐ逦邋Ｍｅａｎ邋０．００９６０４逡逑ｉ邋二逦ｎ逦ＲＭＳ逦１．８１１逡逑0邋１４０邋ｒ邋１邋ｎ逦Ｒ邋ｎ邋－１逦「逡逑８０邋—逡逑６０邋—邋「逡逑４０邋—逡逑

—ｓ逡逑＾逦（ｗｅｓｔ）逡逑一逡逑《ｎｏｒｔｈ）逡逑图２．２邋ＣＯＲＳＩＫＡ坐标系统逡逑仿真时可以选择不同形式的数据输出形式。程序默认的输出数据为２进制文件，逡逑内存占用较小，也可以将数据直接输出为文本文件或ＲＯＯＴ程序文件。由于本文在逡逑处理数据时选用的为ＲＯＯＴ程序，因此采用的输出文件方式为ＲＯＯＴ。在输出文件逡逑中包含两部分信息，一是数据卡输入信息，二是次级宇宙射线中各个粒子的信息。逡逑我们可以根据仿真给出的数据卡信息文件和我们填入数据卡的数据进行对比来判逡逑断此次仿真的准确性。逡逑Ａｚｉｍｕｔｈ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ逦逦ｈｔｅｍＰ逦逡逑

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本文编号：2756435