DAMPE离线数据分析软件框架的设计及BGO量能器的在轨刻度

发布时间：2019-03-14 07:29

【摘要】：近年来天文观测表明,暗物质在整个宇宙空间中大量存在,约占整个宇宙成分的26.8%,而可见物质仅占4.9%,目前除了确认暗物质具有引力作用和可能的弱力作用之外,其他方面的认识还十分有限。粒子物理学研究物质的最基本组成,对暗物质的研究成为当前粒子物理学科的一个热点问题。理论学家通过不同模型来理解暗物质粒子的性质,比较热门的观点是暗物质粒子为一种弱作用大质量的粒子(Weakly Interacting Massive Particles,简记为 WIMPs),质量可能在GeV量级。此外,理论认为暗物质粒子存在湮没过程,将产生诸如正负电子、质子以及光子等可观测的标准模型下的粒子。暗物质粒子探测卫星(DArk Matter Particle Explorer,简记为DAMPE)于2011年正式立项成立,是中国科学院空间科学先导专项首批的四颗科学卫星之一。DAMPE的主要物理目标是,利用卫星平台搭载高观测能段和能量分辨的探测器设备去空间中观测高能电子(含正电子)和伽马射线能谱,间接的研究暗物质粒子的性质。2015年12月17日8时12分DAMPE在中国酒泉卫星发射中心成功发射,迈出了我国暗物质空间探测历史性的一步。DAMPE离线数据分析软件框架是DAMPE科学数据处理系统的重要基础,其主要负责完成子模块的驱动、管理以及处理过程中的数据交换,是其他具体功能模块开发、运行的基础。该框架由作者独立设计并实现,其采用面向对象的软件架构,明确抽象了不同功能模块,具有良好的可拓展性以及"即插即用"的使用特点。本文详细讨论了软件框架开发中的架构、数据交流、用户开发扩展以及使用方面的内容。探测器模拟不仅是对实验结果的预期或对比验证,对DAMPE而言,诸多的物理测量都依赖于模拟得到的参数(比如电子通量谱的测量,需要由模拟提供有效接收度)。本文介绍了 BGO量能器模拟软件研发过程中的相关技术问题,主要包括探测器的几何和物质的描述、击中信息的记录和重建、量能器电子学噪声添加等过程。此外,论文还介绍了束流实验的相关结果,实验和模拟结果验证了 BGO量能器对800GeV入射电子的能量分辨好于1.5%的设计指标。BGO量能器是DAMPE唯一的能量测量手段。量能器的刻度,包括电子学台基和噪声的刻度、MIPs粒子能量标度和PMT打拿级增益的刻度,是能量重建过程中必须使用的重要参数,同时也是模拟软件中噪声叠加算法的输入参数。论文对DAMPE BGO量能器在轨刻度的有关方法及不同环境下的刻度结果进行了研究。在轨刻度结果表明:量能器各通道噪声水平长期稳定,与地面测试结果基本一致;台基宽度和地面测试结果平均相差0.2道,最大差异通道小于1.3道。PMT各个打拿级增益稳定,几乎不受地磁场环境的干扰,不同纬度下测量结果的波动性小于0.8%。MIPs刻度结果受地磁场环境影响;MIPs标定的长期监测表明,量能器信号随着温度存在负1.324%每摄氏度的变化,与地面热真空实验结果一致:在轨数据中MIPs事例的总沉积能量与模拟结果一致。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572.2

【相似文献】