暗物质粒子探测卫星塑闪阵列探测器的设计与研制

发布时间：2016-11-01 11:13

  本文关键词：空间暗物质探测卫星BGO量能器的研制与标定，，由笔耕文化传播整理发布。

《兰州大学》 2016年

暗物质粒子探测卫星塑闪阵列探测器的设计与研制

周勇  

【摘要】：自1933年暗物质概念首次被提出到现在,大量的天文观测结果证实了暗物质的存在。虽然暗物质假说已经被天文学家普遍接受,并在标准的大爆炸宇宙学模型(ΛCDM模型)中扮演重要角色,但暗物质的组成及其粒子属性问题依然困扰着人们,不断激发科学家们的研究兴趣。粒子物理的标准模型(The Standard Model)中不存在符合暗物质基本性质的候选粒子;另一方面,许多超出标准模型的新物理理论都预言了可能的暗物质粒子。因此,对暗物质粒子进行探测和实验研究有可能导致新的物理学革命。暗物质粒子探测卫星(DArk Matter Particle Explorer,简称DAMPE)是我国独立提出并自主研制的空间暗物质探测项目,是目前国际上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间暗物质粒子探测器。它基于间接探测的方法,通过测量空间中暗物质粒子湮灭或衰变产生的Te V量级的高能伽马射线和电子能谱来研究暗物质粒子。塑闪阵列探测器(Plastic Scintillator Detector,简称PSD)是DAMPE的关键子探测器之一,它主要有两个功能:1)协助BGO量能器进行高能e/γ鉴别;2)对Z=1～20的宇宙线重离子进行鉴别。本论文的工作围绕PSD的设计和研制过程展开,主要内容有:PSD选择塑料闪烁体作为探测介质,通过测量入射粒子沉积能量的大小实现其基本功能。为了降低e/γ误判率,PSD采用了模块化设计,由82个探测单元模块组成X、Y相互垂直的两个塑闪阵列平面。为了适应空间应用环境以及火箭发射过程,我们从力、热、电三个方面出发,对PSD各组件和功能模块进行了细致的设计。第二章对PSD的工作原理和总体设计进行了简单介绍。大动态范围读出是PSD的关键技术之一。根据PSD的功能需求,我们估算出PSD探测单元模块需要覆盖0.1 MIPs到1400 MIPs的动态范围,并完成了基于光电倍增管双打拿极引出的读出方案设计。我们对该方案进行了详尽的宇宙线测试和重离子束流测试,验证了其设计合理性。这些工作是第三章的主要内容。PSD使用光电倍增管作为读出器件,为了得到最佳的探测器性能,需要对使用的光电倍增管进行详尽的性能测试。为此,我们设计并搭建了一套PMT批量测试平台,并用该平台得到了PSD所有候选光电倍增管的相对增益特性曲线和Dy58比值增益特性曲线。第四章对这部分工作进行了详细介绍。空间实验的特殊环境要求PSD各组件具有更好的稳定性和可靠性。为此,我们制定了一套严格的质量控制程序,并应用到PSD组件生产和整体装配过程中。第五章详细介绍了PSD的建造过程,特别是PMT组件和塑闪单元条组件的测试、筛选、生产以及质量控制。PSD的建造完成后,需要进行完整细致的测试以得到其性能参数。我们专门设计和搭建了一套地面宇宙线标定测试平台,并用该平台对PSD进行了宇宙线标定。第六章对该平台进行了介绍,同时给出了PSD宇宙线标定的初步结果,包括基线噪声,MIP响应,能量分辨率,衰减曲线,探测效率以及位置分辨能力。DAMPE已于2015年12月17日发射升空并成功进入预定轨道。在轨测试显示,PSD工作稳定,各项性能指标满足设计要求并与地面测试结果一致。

【关键词】：
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V474.1;V447
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 常进;冯磊;郭建华;范一中;;暗物质粒子探测卫星及邻近的电子宇宙射线源[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2015年11期

2 张永杰;余玉洪;周勇;孙志宇;方芳;陈俊岭;刘杰;;批量塑闪单元条测试技术的研究[J];核技术;2015年08期

3 CHANG Jin;;Dark Matter Particle Explorer: The First Chinese Cosmic Ray and Hard γ-ray Detector in Space[J];空间科学学报;2014年05期

4 余玉洪;徐华根;詹文龙;徐瑚珊;苏弘;李小刚;孙志宇;肖志刚;胡正国;郭忠言;王建松;陈若富;樊瑞睿;郑川;;基于大功率LED的中子墙光刻度系统[J];高能物理与核物理;2007年06期

5 毕效军;;寻找宇宙中的暗物质[J];科技导报;2006年09期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 张志永;空间暗物质探测卫星BGO量能器的研制与标定[D];中国科学技术大学;2015年

2 杨海波;基于先进ASIC芯片的多探测单元信号读出方法与电路设计[D];中国科学院研究生院（近代物理研究所）;2015年

3 康龙飞;HIRFL-CSR外靶实验的数据传输和触发判选研究[D];中国科学技术大学;2014年

4 周家稳;CSR外靶实验读出电子学预研系统研究设计[D];中国科学技术大学;2012年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 Yong Zhou;Zhi-Yu Sun;Yu-Hong Yu;Yong-Jie Zhang;Fang Fang;Jun-Ling Chen;Bi-Tao Hu;;A versatile test bench for photomultiplier tube characterization and its application in the DAMPE-PSD[J];Nuclear Science and Techniques;2016年03期

2 鲁同所;雷仕俊;藏京京;常进;伍健;;暗物质粒子探测器径迹重建方法的研究[J];天文学报;2016年03期

3 张德良;封常青;张俊斌;王奇;马思源;沈仲弢;蒋荻;高山山;张云龙;郭建华;刘树彬;安琪;;Onboard calibration circuit for the DAMPE BGO calorimeter front-end electronics[J];Chinese Physics C;2016年05期

4 董亦凡;张飞;乔锐;彭文溪;樊瑞睿;龚轲;吴帝;王焕玉;;DAMPE silicon tracker on-board data compression algorithm[J];Chinese Physics C;2015年11期

5 常进;冯磊;郭建华;;空间探测暗物质简介[J];物理;2015年11期

6 高亮;;暗物质粒子属性和宇宙结构形成[J];物理;2015年10期

7 张永杰;余玉洪;周勇;孙志宇;方芳;陈俊岭;刘杰;;批量塑闪单元条测试技术的研究[J];核技术;2015年08期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 周勇;暗物质粒子探测卫星塑闪阵列探测器的设计与研制[D];兰州大学;2016年

2 赵兴文;CSR外靶硅微条阵列探测器电子学系统研究[D];中国科学院研究生院（近代物理研究所）;2014年

3 康龙飞;HIRFL-CSR外靶实验的数据传输和触发判选研究[D];中国科学技术大学;2014年

4 叶春逢;飞行时间质谱仪数据获取系统的研究与设计[D];中国科学技术大学;2014年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 XIAO MengJiao;XIAO Xiang;ZHAO Li;CAO XiGuang;CHEN Xun;CHEN YunHua;CUI XiangYi;FANG DeQing;FU ChangBo;GIBONI Karl L.;GONG HaoWei;GUO GuoDong;HU Jie;HUANG XingTao;JI XiangDong;JU YongLin;LEI SiAo;LI ShaoLi;LIN Qing;LIU HuaXuan;LIU JiangLai;LIU Xiang;LORENZON Wolfgang;MA YuGang;MAO YaJun;NI KaiXuan;PUSHKIN Kirill;REN XiangXiang;SCHUBNELL Michael;SHEN ManBing;STEPHENSON Scott;TAN AnDi;TARL Greg;WANG HongWei;WANG JiMin;WANG Meng;WANG XuMing;WANG Zhou;WEI YueHuan;WU ShiYong;XIE PengWei;YOU YingHui;ZENG XiongHui;ZHANG Hua;ZHANG Tao;ZHU ZhongHua;;First dark matter search results from the PandaX-Ⅰ experiment[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2014年11期

2 岳珂;余玉洪;徐瑚珊;孙志宇;王建松;肖志刚;胡正国;陈若富;张雪荧;涂小林;陈俊岭;詹文龙;;Characteristics of the sampling paddle modules of neutron wall from the cosmic ray test[J];中国物理C;2010年08期

3 常进;;暗物质粒子探测:意义、方法、进展及展望[J];工程研究-跨学科视野中的工程;2010年02期

4 余玉洪;徐华根;徐瑚珊;詹文龙;孙志宇;郭忠言;胡正国;王建松;陈俊岭;郑川;;Studies of a scintillator-bar detector for a neutron wall at an external target facility[J];中国物理C;2009年07期

5 毕效军;;寻找宇宙中的暗物质[J];科技导报;2006年09期

6 徐华根;徐瑚珊;李文飞;詹文龙;肖国青;孙志宇;郭忠言;李松林;段利敏;王宏伟;肖志刚;黄文学;李琛;陈若富;张雪荧;贾飞;黄天衡;;HIRFL-CSR系统中RIBLLⅡ上中子墙设计的模拟计算[J];高能物理与核物理;2006年01期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈泽;In-Beam PET的性能模拟与图像重建[D];中国科学院研究生院（近代物理研究所）;2014年

2 王进红;基于开关电容矩阵的波形数字化技术研究[D];中国科学技术大学;2012年

3 周家稳;CSR外靶实验读出电子学预研系统研究设计[D];中国科学技术大学;2012年

4 张云龙;空间暗物质探测电磁量能器的研究[D];中国科学技术大学;2011年

5 封常青;空间暗物质探测卫星量能器读出电子学方法研究[D];中国科学技术大学;2011年

6 王东旅;高速串行通信中时间抖动的若干问题研究[D];中国科学技术大学;2011年

7 张木水;高速电路电源分配网络设计与电源完整性分析[D];西安电子科技大学;2009年

8 曲晓波;ARGO实验中“膝”区原初宇宙线成分分辨方法研究[D];山东大学;2008年

9 郭建华;北京谱仪（BESIII）飞行时间读出电子学系统设计与实现[D];中国科学技术大学;2007年

10 刘序宗;BESIII TOF子触发系统的设计与实现[D];中国科学技术大学;2007年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李丹丹;;暗物质问题[J];硅谷;2010年15期

2 白临武;王永平;;试用暗物质理论解释惯性和惯性力的物理机制(上)[J];航天控制;2011年05期

3 白临武;王永平;;试用暗物质理论解释惯性和惯性力的物理机制(下)[J];航天控制;2011年06期

4 任海涛;;暗物质之迷[J];东莞理工学院学报;2012年01期

5 高建功,王令云;非重子暗物质的临界波数[J];新疆工学院学报;1999年01期

6 范勇;;引力势、物质运动与时空结构 “暗物质”的本质[J];哈尔滨理工大学学报;2010年04期

7 沈天增,高建功;无碰撞粒子在外引力场中的分布[J];新疆工学院学报;1996年01期

8 沈天增,高建功,凌海秋;无碰撞暗物质粒子对星系引力场的影响[J];新疆工学院学报;1996年04期

9 王晓东;孙希;王志刚;安正华;方建;蔡啸;章爱武;薛镇;刘宏邦;俞伯祥;谢宇广;孙丽君;周莉;胡涛;吕军光;;用于暗物质间接测量外围反符合探测器的读出研究[J];核电子学与探测技术;2010年06期

10 张含峰;浅论宇宙中的暗物质[J];淄博学院学报(自然科学与工程版);2000年01期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 苏景顺;;物质 暗物质 反物质——关于物质概念的发展综述[A];数学·物理·力学·高新技术研究进展——2000（8）卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第8届学术研讨会论文集[C];2000年

2 王舟;鲍磊;郝熙欢;巨永林;;暗物质探测器用液氙低温精馏系统的研制与结果分析[A];上海市制冷学会2013年学术年会论文集[C];2013年

3 孙希磊;吕军光;胡涛;周莉;曹俊;王贻芳;占亮;章爱武;周详;段斯涵;丁雪峰;张坤;王志刚;蔡啸;俞伯祥;方建;谢宇广;高龙;牛顺利;孙丽君;;暗物质探测双发光晶体技术[A];第十六届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（上册）[C];2012年

4 李金;;暗物质的实验探测器[A];第十二届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈亚正;暗物质直接探测中核效应的研究[D];南开大学;2012年

2 何钰;非热起源暗物质模型中微波背景涨落和大尺度结构的研究[D];西南交通大学;2014年

3 任祥祥;PandaX地下暗物质实验电子学与数据获取系统的研制[D];山东大学;2015年

4 张志永;空间暗物质探测卫星BGO量能器的研制与标定[D];中国科学技术大学;2015年

5 黄熙;中子星作为限制暗物质的探针研究[D];华中师范大学;2015年

6 周勇;暗物质粒子探测卫星塑闪阵列探测器的设计与研制[D];兰州大学;2016年

7 吴昱城;超低能量阈高纯锗探测器的暗物质直接探测[D];清华大学;2013年

8 柯继伟;超出标准模型新物理的两个例子：暗物质和超对称[D];浙江大学;2014年

9 冯磊;暗物质和暗能量若干问题的研究[D];南京大学;2012年

10 陈楠;Z′及CDEX相关的暗物质理论研究[D];清华大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵斌;标量暗物质模型研究[D];华中师范大学;2015年

2 郑云龙;超致密暗物质晕的相关研究[D];南京大学;2014年

3 吕翔;银河系伽马射线超出及理论解释[D];浙江大学;2015年

4 杜迎帅;CDEX-10中液氩探测系统的建立与信号分析[D];东华理工大学;2014年

5 张永杰;电性件塑闪阵列探测器的研制[D];西北师范大学;2015年

6 慕巍;低能核反冲在液氙暗物质探测器中的发光和电离效率[D];上海交通大学;2014年

7 丁然;暗物质湮灭对暗晕密度轮廓的影响[D];上海师范大学;2010年

8 何道;暗物质实验中探测器性能实验研究和模拟分析[D];清华大学;2006年

9 郭萌;暗物质天体存在的可能性及其观测[D];东北师范大学;2008年

10 万能;电子对撞机上暗物质与Z玻色子伴随产生的研究[D];安徽大学;2015年

  本文关键词：空间暗物质探测卫星BGO量能器的研制与标定，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：160788