宇宙线通过正比管径迹长度的模拟计算

高能天体物理观测中,宇宙线带电粒子通过探测器丢失的能量常是产生探测器本底信号的重要来源。宇宙线产生的信号与它通过探测器的径迹长度和探测器大小、形状有关。因气球X射线天文观测和γ射线暴观测的需要,空间天文实验室研制了若干种正比计数器,为此我们进行了宇宙线通过正比管径迹长度的模拟计算,它是整个设计工作中的一部分。     

CCD图像中宇宙线μ子甄选技术

电荷耦合器件(Charge Coupled Device, CCD)图像中的宇宙线是来自外太空的高能粒子,它穿过大气层,与大气层中的粒子发生相互作用形成次级粒子,最后落在CCD上。μ子是大气层宇宙线的主要成分,为了研究这些μ子的性质和变化规律,首先需要对图像中的μ子进行甄选。介绍一种快速有效地从图像中甄选μ子的方法,采用拉普拉斯边缘检测法从图像中提取宇宙线候选像素列表,去除其中的坏像素和噪声,然后使用凝聚层次聚类算法将宇宙线像素聚类成宇宙线事件,对宇宙线事件进行特征提取和分类,从中甄选宇宙线μ子。最后对甄选结果进行总结分析。     

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.     

基于暗物质粒子探测卫星的宇宙线直接探测研究

高能宇宙线的起源、加速和传播是重大的前沿科学问题,回答该问题需要对宇宙线的能谱、各向异性以及各类高能天体电磁辐射进行精确观测.通过空间粒子探测器对宇宙线各成分能谱的直接测量是研究宇宙线物理问题的重要手段.中国于2015年底发射并持续运行至今的暗物质粒子探测卫星以其大接受度、高能量分辨率等特点,在宇宙线直接探测方面取得了系列重要成果,揭示出质子、氦核、硼碳和硼氧比例等宇宙线能谱的新结构,为理解宇宙线起源等科学问题提供了新的依据.介绍了暗物质粒子探测卫星的仪器设置、运行状况、科学成果及其物理意义.     

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。     

高海拔宇宙线观测站LHAASO概况

宇宙线发现百年以来,宇宙线起源仍然是一个谜.研究宇宙线起源主要在甚高能(VHE)伽马射线天文学和宇宙线物理学两个领域交叉展开.新一代高海拔宇宙线观测站(LHAASO)拥有高海拔、全天候和大规模优势,利用多种探测手段对宇宙线开展联合观测,大幅提升对伽马射线和宇宙线的鉴别能力. LHAASO将开展全天区伽马源扫描搜索以大量发现新伽马源,将获得30 TeV以上伽马射线探测的最高灵敏度,将在宽达5个数量级的能量范围内精确测量宇宙线分成份能谱,为揭开宇宙线起源谜团给出重要判据.系统介绍了LHAASO的探测器结构、性能优势和科学目标.     

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.     

35厘米望远镜光电光度计

本文介绍了我台35厘米望远镜的光电光度计的结构、性能测试和试观测的结果。该光度计采用1P21型光电倍增管,NWF—02型微电流放大器和走纸记录仪。平均观测精度是0.016星等,与Johnson的B、V系统近似一致。     

高能中微子和极高能宇宙线起源天体的理论研究

<正>极高能宇宙线一般指来自地外的能量高于10~(18)电子伏特(eV)的高能质子与原子核,其起源的研究一直是高能天体物理和粒子天体物理领域的热点问题.近年随着一些大型探测器(如Pierre Auger天文台)的运行,极高能宇宙线的研究取得很大进展.然而由于极高能宇宙线事例相对较少及其在从源到地球传播过程中的复杂性(如与宇宙微波背景辐射以及磁场的作用),需要通过观测这些宇宙线在强子反     

阵列量子器件的信噪比与处理

本文讨论了影响照相底片、光电倍增管、直到ＣＣＤ等探测器信噪比的因素，并导出了阵列量子器件的总信噪比与其单个象素的信噪比之间的关系表达式。     

我国首次对蟹状星云及其脉冲星硬X射线观测成功

1984年5月23日,我们用自己研制的HAPI-1硬X射线望远镜,在高空气球上对蟹状星云及其脉冲星辐射的高能X射线进行了观测。 HAPI-1望远镜的主体部分是一个由碘化钠和碘化铯组成的复合晶体探测器。直径15cm,主晶体CsI(T1)厚0.5cm,下置5cm厚的NaI(T1),用来屏蔽大气反照γ射线背景和抑制康普顿散射成分。两个晶体中的信号进入同一个光电倍增管,经脉冲形状甄别电路后被分开。再经数据获取电路,便可得一组CsI·NaI     

一种低噪声硅微条探测器读出电子学系统的设计

硅微条探测器空间分辨率高、工作性能稳定, 广泛地应用于空间高能粒子探测领域. 如费米gamma射线空间望远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope, FGST)以及阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer 2, AMS-02)的径迹探测器中都采用了高位置分辨率的硅微条探测器. 基于硅微条探测器在空间观测领域的应用前景, 针对硅微条探测器单元设计了一套低噪声的电子学读出系统. 整个电子学系统分为前端电子学、数据获取电路和上位机软件. 前端电子学为提高集成度, 采用了一款电荷读出芯片VATAGP8, 实现了多通道、低噪声的电荷信号测量; 数据获取电路使用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现了对前端电子学的时序控制以及对测量信号的采集控制; 上位机用来接收、处理数据获取电路采集的信号数据. 在对电子学通道的线性、基线、噪声等性能进行测试之后, 得到系统在0--200fC电荷输入范围内的线性增益约为13.41bin/fC, 积分非线性小于1%, 噪声小于0.093fC. 为了验证电子学读出系统对硅微条探测器单元的读出能力, 将两者集成在一起并测试了宇宙线缪子的能量沉积, 得到读出电子学系统的信噪比大于32, 缪子的电离损失能谱与Landau-Gaussian分布符合较好, 能够满足硅微条探测器单元读出电子学的设计要求.     

阵列量子器件的信噪比与处理

本文讨论了影响照相底片、光电倍增管，直到ＣＣＤ等探测器信噪比的因素。并导出了阵列量子器件的总信噪比与其单个象素的信噪比之间的关系表达式。在此基础上，着重讨论了将阵列量子器件用于天文观测时，信噪比关系式对观测和资料处理的指导意义     

宇宙线中高能电子能谱及宇宙线基本性质探讨

宇宙线中高能电子谱的研究是高能天体物理重要研究课题之一,它涉及到宇宙线的起源和传播问题.传统的做法是寻求一种能谱的稳态解,这种做法模糊了银河系中宇宙线传播过程的真实物理图象.本文设想了几种合适的源函数工作模式,采用文[2]中提出的方法,对电子传输方程寻求非定常解.     

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.     

暗物质粒子探测卫星的能量重建和宇宙线质子能谱的分析

宇宙线的观测研究和暗物质粒子的间接探测是高能天体物理领域两个重大研究课题. 自1912年V. Hess发现宇宙线开始, 人类对宇宙线的观测历史已经超过了一个世纪, 传统理论模型预言``膝''区以下能段的宇宙线能谱应服从单一幂率分布, 而近些年的空间和高空气球实验表明10 GeV--100 TeV的宇宙线质子能谱可能存在偏离单一幂律谱分布的重要结构, 这对研究银河系内宇宙线的起源、传播和加速机制具有重要意义. 另一方面, 得益于宇宙线和伽马射线观测精度的提高和观测能段的拓宽, 暗物质粒子的间接探测在国际上受到越来越多的关注, 暗物质粒子可能会发生湮灭或衰变产生稳定的普通高能粒子, 包括正负电子对、正反质子对、伽马射线和中微子等, 进而在宇宙线或伽马射线留下可探测的信号.     

BGO量能器大动态范围读出的线性标定系统的设计和实现

暗物质空间探测器是中国科学院紫金山天文台空间实验室提出的,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.BGO量能器是暗物质粒子探测卫星主要载荷之一,高能粒子的能量主要沉积在BGO量能器中.为了使探测器覆盖5 GeV~10T'eV的探测范围,要求每个BGO探测单元具有约1.5×10~5的动态范围.为了对这一大动态范围的探测单元进行测试,提出一种比较简易的线性测试方法,并在实验室构建一个相应的测试系统,对BGO量能器探测单元读出系统的线性进行测试.测试结果表明BGO量能器探测单元读出的非线性度好于2.7%.     

空间太阳硬X射线成像仪量能器读出电子学设计

先进天基太阳天文台(ASO-S)是中国科学院空间科学先导专项2期规划的太阳观测卫星,其针对第25个太阳活动峰年,同时观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑爆发.硬X射线成像仪(HXI)作为该卫星3个科学载荷之一,实现了高时间分辨率和空间分辨率的太阳硬X射线成像观测,其量能器由99套溴化镧闪烁晶体-光电倍增管探测单元和读出电子学板构成,实现了30–200 keV的硬X射线光子能谱测量.针对HXI量能器的观测需求,设计了一套空间高事例率读出电子学系统,并通过实验室测试,证明了该系统单事例读出死时间小于2μs,同时验证了该系统电子学噪声小于120 fC,积分非线性小于2%,满足HXI仪器要求.     

硅二极管阵——一种新型二维光电检测器

硅二极管阵在天文观测中的应用已日趋广泛。本文简略地介绍这种新型光电检测器的原理,结构和特性;并将它和二种常规检测器(底片和光电倍增管)作了比较。