基于WCDA水质监测分析

水切伦科夫探测器阵列(Water Cherenkov Detector Array, WCDA)是高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)的主体探测器之一,水作为探测器的唯一探测介质,水的洁净度直接影响探测器对切伦科夫光的探测效率。为保证水切伦科夫探测器阵列物理目标的实现,水衰减长度的实时测量和监测至关重要,是探测器正常运行和标定的关键工作之一。分别介绍了水衰减长度测量装置和紫外可见分光光度计的工作原理,并通过不同波长的发光二极管(Light Emitting Diode, LED)对各种样品水进行测量,将两种方法的数据结果进行对比分析,得出两种装置的测量误差分别为0.22 m和0.18 m,以及工业指标吸光度与科研指标水衰减长度之间的对应关系,并为几何和跟踪(GEometry AND Tracking, GEANT4)模拟确定了一种Querry水质模型,进一步推进了模拟的真实化。通过对水切伦科夫探测器阵列1号水池水衰减测量装置的验证及从注水到稳定运行期间的水质监测的数据研究,总结了一套稳定可靠的水质监测方案,为2、3号水池的监测工作奠定了良好的基础。     

LHAASO-WFCTA激光能量测量系统的性能研究

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)位于四川省稻城县海子山,平均海拔4 410 m。激光标定系统是LHAASO的广角切伦科夫望远镜阵列(Wide Field-of-view Cherenkov Telescope Array, WFCTA)的组成部分之一,用于标定广角切伦科夫望远镜阵列接收的光子数的绝对增益。激光标定系统中的激光能量测量系统由能量探头(Energy sensor)、能量计(Energy meter)和温控系统3部分组成,主要用于精确测量发射向广角切伦科夫望远镜阵列视场内的脉冲激光束的能量。主要对能量探头进行了相对标定和性能研究,并设计开发了保温系统来保证能量探头在环境恶劣的高海拔地区正常工作。通过能量探头之间的相对标定,可以提高激光能量测量的准确性。能量探头的性能测试结果表明,在以能量探头中心为圆心、直径为8 mm的圆形区域内,其不均匀度小于1.5%。激光束的入射角对能量探头测量激光脉冲能量几乎没有影响,但是垂直入射时能量探头反射的激光会损坏激光器,因此需要避免激光束垂直入射能量探头。...     

甚高能γ射线天文观测的利器——成像大气切伦科夫望远镜

地基甚高能(very high energy, VHE)γ射线天文观测成果的取得,很大程度上与成像大气切伦科夫望远镜技术发展密不可分。大气切伦科夫技术概念于20世纪50年代提出,20世纪80年代末和20世纪90年代初取得重要突破,21世纪初逐步发展成熟。立体成像大气切伦科夫望远镜阵列以其良好的角度分辨率、能量分辨能力和优异的γ/p鉴别能力成为地基VHEγ射线天文观测关键探测技术,在现有和计划中的γ射线地基探测中被广泛使用。对成像大气切伦科夫技术发展历史和现状作了概述,包括地基VHEγ射线探测现状、大气切伦科夫望远镜探测原理、技术演进、目前典型的成像大气切伦科夫望远镜阵列、未来发展等内容。     

掠入射聚焦型脉冲星探测器在轨有效面积标定及灵敏度分析

有效面积(EA)标定是X射线天文探测仪器关键的测试项目之一.探测器有效面积地面标定只能采取长光束线进行测试,标定成本很高.有效面积在轨标定可利用已知流量的天然辐射源实现.蟹状星云(Crab Nebula)是天球上较亮的X射线天然辐射源之一,拥有最为详实的观测数据,是探测器在轨标定的标准光源.利用蟹状星云作为标定目标源,获得了掠入射聚焦型脉冲星探测器(Focusing X-ray Pulsar Telescope,FXPT)300–3000e V能段的有效面积.根据探测器在轨本底噪声水平以及有效面积,评估了探测器的观测灵敏度.经过在轨标定,掠入射聚焦型脉冲星探测器在轨有效面积为(2.39±0.39)cm~2@1.5ke V(3σ),观测灵敏度为2.24×10~(-3) photon·cm~(-2)·s~(-1)·ke V~(-1)(0.5–3 ke V,观测时间T=1000 s,探测信噪比nσ=5).     

LHAASO-MD光电倍增管的性能测试

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory)的核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体运动和新物理前沿的研究。通过大面积铺设μ子探测器极大地降低宇宙射线背景,从而提升高能伽马射线探测的灵敏度。作为μ子探测器的核心部件之一的光电倍增管负责接收水中的切伦科夫光子并将其转换成电信号输出,因此,光电倍增管的性能好坏直接影响μ子探测器的性能。稻城实验室2%抽样测试结果表明,光电倍增管的各性能达到μ子探测器的指标要求,与批量测试结果的相对偏差小于2%。     

LHAASO-WFCTA中高灵敏度雨雪传感器的研制

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)位于四川省稻城县海子山,平均海拔4 410 m,属于典型的高寒山地气候,天气变化迅速。广角切伦科夫望远镜阵列(Wide Field of view Cherenkov Telescope Array, WFCTA)是LHAASO三大观测阵列之一,需要在晴朗的夜晚工作。为保证望远镜的正常运行,需要时刻检测雨雪情况,保证广角切伦科夫望远镜阵列在雨雪天气时及时关闭。但由于气温过低,传统的雨雪传感器在站点不能正常工作,因此需要改进仪器增加加热装置。通过实验室研究完成了加热装置设计,并在现场进行了实地检测。结果表明,高灵敏度雨雪传感器可以在站点低温环境下使探测表面温度保持在零度以上,可以实时有效地监测雨雪天气,为广角切伦科夫望远镜的正常运行提供了重要的支撑。     

河外TeV能段γ射线背景下限的估算

Fermi卫星对GeV能段的河外伽马射线背景(Extragalactic Gamma-ray Background, EGB)进行了较为精确的测量, 极大提高了对高能伽马射线背景的认识, 但是在TeV能段, 使用空间探测器进行观测非常困难, 只能依赖地面伽马射线探测器, 如成像大气切伦科夫望远镜. 目前, 对于TeV能段的河外伽马射线背景的认识还不完善. 使用有低活跃状态能谱的61个TeV源(包含2个星暴星系、6个射电星系以及53个耀变体)的累计流量给出河外TeV伽马射线背景的下限. 结果显示, 低能段(0.5--4.5TeV)流量由两个临近的耀变体Mrk 421和Mrk 501主导, 贡献了大约58%的累计背景流量; 而大于4.5TeV的能段, 由3个已观测到10TeV以上能段流量的极端耀变体H 1426+428、1ES 1959+650以及1ES 0229+200主导. 最后分别探究了星暴星系、射电星系以及耀变体对河外TeV伽马射线背景的贡献, 不同耀变体子类对河外TeV伽马射线背景的贡献以及不同红移区间TeV源对河外伽马射线背景的贡献.     

伽马天文观测技术综述

伽马射线作为宇宙中极端事件的独特探针,探测伽马射线是人们了解宇宙构成、星体演化和宇宙线起源等的重要途经.伽马天文涉及了宇宙中的各种前沿科学问题并且观测所需能谱跨度极宽(102 keV–102 TeV),针对不同的科学目标和细分谱段,必须利用不同的伽马望远镜探测技术.总结了空间和地面的共5大类伽马射线观测技术,分别是编码孔径望远镜、康普顿望远镜、电子对望远镜、成像大气切伦科夫望远镜和广延大气簇射阵列;回顾了70 yr来在观测设备和技术进步的推动下伽马射线天文学领域的巨大进展,其中包含高能和甚高能谱段取得的大量成就,中低能段由于已有观测任务有限以及灵敏度低,超高能和极高能段由于观测难度大、起步时间晚,数据和成果相对其他谱段产出较少;展望了未来已经规划的伽马望远镜任务、能力及预期科学产出,其中,中低能段空间望远镜增强型ASTROGAM望远镜(e-ASTROGAM)、全天区中能伽马射线观测站(AMEGO)和甚高能段地面望远镜阵列高海拔宇宙线观测站(LHAASO)、切伦科夫望远镜阵列(CTA),由于灵敏度较同谱段已有任务灵敏度有大幅提升,极有可能在20 yr内从不同角度再度扩展人类对伽马宇宙的认知.     

ASO-S卫星HXI量能器探测单元的标定

先进天基太阳天文台卫星(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)是中国科学院第2批空间科学先导专项之一,其主要目标是同时观测太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射,并对3者之间的相互关系和内在联系进行研究.硬X射线成像仪(HXI)是ASOS卫星的3大载荷之一,它通过对太阳活动发射的硬X射线进行傅里叶调制成像,实现高空间分辨率和高时间分辨率的太阳能谱成像观测.量能器单机是HXI的关键单机之一,其主要任务是精准测量通过每对光栅后太阳硬X射线的能量和通量.主要介绍了量能器单机的工作原理及其关键指标要求、标定设备及标定方案,最后给出了标定结果,从而验证了量能器单机方案设计的合理性.     

暗物质空间探测器BGO量能器的读出设计

暗物质空间探测器是中国科学院紫金山天文台暗物质空间天文实验室提出的,其目的是为了探测暗物质粒子湮灭可能产生的高能电子和伽玛粒子.整个探测器主要由BGO(Bismuth germanate,锗酸铋)高能图像量能器和闪烁体径迹探测器构成.探测器的能量探测范围将覆盖10 GeV到10 TeV的高能电子和伽玛粒子,其中高能粒子的能量主要沉积在BGO量能器中.为了验证探测器方案,紫金山天文台暗物质空间天文实验室设计了暗物质空间探测器BGO量能器的读出系统原型,并对其进行了初步的测试.     

基于边缘探测器的FMG稳像探测研究

全日面矢量磁像仪(Full-disk vector Magnetograph, FMG)是先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星的主要载荷之一,为确保其可获得高空间分辨率的全日面太阳矢量磁场图, FMG配备了一套高精度稳像控制系统.FMG稳像系统采用边缘探测器对太阳入射倾斜偏差进行测量.基于FMG望远镜的太阳像仿真数据分析边缘探测器在太阳像能量分布下的输出特性以及太阳像尺寸与边缘探测器量程和灵敏度的关系.最后,在实验室搭建了一套验证系统对FMG稳像系统边缘探测器进行了相关性能验证实验.实验结果与理论分析一致,太阳像尺寸越大,边缘探测器量程越大,边缘探测器灵敏度越低.     

切伦科夫线辐射的基本公式

在８０ 年代初,尤峻汉和程富华从理论上证实,当相对论电子在稠密气体中运动时,切伦科夫效应将产生宽的、轮廓明显不对称的原子或分子发射线．此后这一新的谱线发射机制被一系列实验所确证．尤峻汉等人又进一步给出了有关切伦科夫辐射的系列解析公式,但其有关谱轮廓和红移的结论只适用于极稠密的气体．由于这一线辐射机制在天体物理中的潜在重要性,在他们工作的基础上,进一步简化、推广、改进了原有的公式体系,并以天体物理学家熟悉的形式做出了更便于实际应用的表述     

硬X射线成像望远镜系统初步研究

介绍了基于傅立叶变换成像技术的硬X射线成像望远镜,利用双层平行光栅对天体X射线源发出的光进行调制编码,调制后的光由闪烁晶体探测器捕捉并进行光电转换,最后由电子学系统读出.调制准直器型望远镜分为空间调制和时间调制两种类型,时间调制系统要求探测器系统的扫描运动,而空间调制系统不需要运动.对光栅制作工艺进行了研究,给出了准直器的基本结构设计,成功制作了空间调制方式硬X射线成像望远镜原型机所需的关键部件,包括8个碘化铯晶体的探测器模块(含光电倍增管PMT)、8通道成型放大器(其中两套为实验备份)和数据获取系统.对这些部件的设计作了介绍,并给出了电子学系统的测试结果.     

暗物质粒子探测器触发逻辑测试系统的设计和实现?

作为暗物质粒子探测器(DAMPE, Dark Matter Particle Explorer)的一部分,触发系统主要用于判选所需探测的目标粒子(高能电子和伽玛射线)事例,剔除非目标粒子事例。触发系统由触发探测器和触发判选逻辑电路组成。介绍了触发地检测试系统和宇宙线触发系统的设计和功能实现。触发地检系统实现了对触发判选逻辑电路的电子学验证;另外,配合宇宙线触发系统对部分触发逻辑和触发效率进行了测试。主要介绍了触发系统的测试方法和一些初步测试结果。     

暗物质粒子探测卫星有效载荷综合测试系统的设计与实现

暗物质粒子探测卫星(Dark Matter Particle Explorer,DAMPE)是一个空间高能宇宙射线探测器.DAMPE的有效载荷包括塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO(Bismuth germanate)量能器、中子探测器(Neutron Detector,NUD)以及载荷数管5个分系统,这5个分系统协同完成宇宙线事例信息的采集.卫星发射之前需要对有效载荷的功能进行系统性验证,因此基于Lab Windows/CVI(C programming language Virtual Instrument)开发平台建设了一套用于暗物质粒子探测卫星有效载荷系统测试的地面综合测试系统.该系统实现了有效载荷系统测试的集成化、自动化,提高了测试的安全性、可靠性和测试效率,为暗物质粒子探测卫星有效载荷的顺利交付提供了保障.     

举世瞩目:“深入撞击”号发射升空

格林尼治标准时间2005年1月12日18:47(北京时间1月13日2:47),美国国家航空航天局(NASA)用波音三角训2型运载火箭将“深入撞击”号(Deep Impact)探测器从美国佛罗里达州南部的卡纳维拉尔角发射升空。2005年7月4日,其搭载的撞击器将直接冲向“坦普尔1号(Tempel-1)”彗星的彗核,实现人类探测器首次撞击彗星。“深入撞     

帕克太阳探测器热防护系统研究及启示

帕克太阳探测器(Parker Solar Probe, PSP)是以现代太阳风和磁重联理论的奠基人——尤金·纽曼·帕克(Eugene Newman Parker)命名的航天器,将穿过太阳的日冕层,探测人类从未探测过的区域,对日冕和太阳风的起源和动力学特征进行直接探测,有望破解日冕高温和太阳风加速度奇高这两大谜团,其热防护系统遇到的困难和挑战远超目前所有航天器。首先介绍了探测太阳的意义和帕克太阳探测器的科学目标,然后简述了帕克太阳探测器轨道和轨道热环境并指出热防护的难点。分析了帕克太阳探测器热防护系统的结构,然后详细阐述了热防护系统的热盾及迎日涂层、太阳能电池板及冷却系统设计,最后总结了帕克太阳探测器热防护系统对我国抵近太阳探测器热防护系统设计的启示。     

暗物质粒子探测卫星PSD的在轨状态以及PSD的光衰减行为研究

暗物质粒子探测卫星(DArk Matter Particle Explorer,简称DAMPE)是一颗高分辨多功能的空间探测器,主要用来测量宇宙射线中的高能电子(正电子)、质子、伽玛射线和重离子,卫星已于2015年12月17日发射升空.塑料闪烁体探测器(Plastic Scintillator Detector,简称PSD)是DAMPE的子探测器,位于DAMPE的最上方.主要介绍DAMPE在轨期间PSD的相关内容,包括电压和温度状态,其中PSD的温度变化小于1?C,每个光电倍增管的电压变化小于0.5%.利用卫星传回的数据,研究了PSD晶体内的光衰减行为,根据经验公式得到每条PSD晶体的光衰减长度,利用PSD得到了初步的宇宙射线电荷谱.     

首次对金星大气进行全球研究——“金星快车”进入金星轨道

惊心动魄的挑战在金星之旅启程100天后,欧洲空间局(ESA)的“金星快车”探测器在太空成功进行了首次主发动机试验,这是该任务的关键一步。欧洲中部时间2006年2月17日凌晨,在距地4.7×10~7千米处运行的“金星快车”的发动机点火大约3秒。借助发动机燃烧,探测器速度变为3m/s。减慢速度是为了进入金星轨道。约1小时后,“金星快车”地面控制站通过欧     

NVST多通道高分辨观测系统软件设计

1 m太阳望远镜多通道高分辨成像系统是望远镜的重要终端设备之一,目前由Hα通道(线心656.283 nm)和Ti O通道(705.8 nm)构成。主要介绍了多通道高分辨观测系统软件的设计。观测系统在功能上主要实现了Hα通道多波长点扫描观测模式,Ti O通道多时间分辨率观测模式,以及为满足多通道发展的需求,如常规观测通道的增加以及探测器的更换等,在系统架构上采用了松耦合的分布式分层结构。