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伽玛射线暴(GRB)是当前高能天体物理中的前沿研究内容。尽管GRB的发现已历40余年,但科学家对GRB本质依然不了解。现有观测数据和理论研究都表明,对GRB瞬时辐射的偏振的测量结果,将对GRB的理论模型提供重要的约束条件,从而极有可能对于建立起正确的GRB理论模型提供关键性的观测证据。但由于在空间进行高能偏振观测比较困难,迄今为止针对GRB瞬时辐射展开的有效的偏振观测很少,不足以给GRB的理论模型提供有效的约束。 GRB偏振探测仪POLAR是一台专为测量GRB的偏振而设计的空间探测器,将于2016年9月搭载在中国空间实验室“天宫二号(TG-2)”号上升空。POLAR的探测能区为50-500 keV,探测原理是Compton散射中光子被散射到与入射光的偏振矢量垂直的方向上的概率最大。通过重建γ光子在探测器内的沉积能量,就可以重建出散射光子的角分布,进而可以获得入射光的偏振信息。POLAR具有有效面积大,灵敏度高等优点,预期将在GRB的大样本偏振观测上取得重要进展。 POLAR已经完成正样件的研制阶段。在POLAR的研制过程中,POLAR项目组对POLAR正样件(FM)进行了一系列的标定实验和环境模拟实验。本论文主要以地面标定实验数据为研究对象,目的是研究FM的性能,优化探测器运行参数,参与POLAR地面标定数据库的建设,探索POLAR数据的分析方法。本论文力求尽可能详尽地在展示POLAR标定数据的分析思路和方法。 本论文的内容和主要结论如下: 第一章首先简明扼要地介绍了GRB的特点及硬X射线波段偏振的观测原理,并强调偏振观测结果对GRB的理论研究具有极其重要的意义。接下来较为详细地回顾了GRB瞬时辐射偏振的观测历史及现状。最后,本章着重介绍了POLAR的数据结构及特点,这些内容对于理解POLAR的数据分析过程十分有帮助。 第二章研究POLAR塑料闪烁体对电子的非线性能量响应。对带电粒子的非线性能量响应,是塑料闪烁体的一个固有特性,在低能端尤为显著。本章通过一个精心设计的实验来研究POLAR塑料闪烁体对电子的非线性能量响应,并详细地展示了完整的研究过程。研究结果表明Geant4模拟中不能忽略非线性的能量响应,否则会使测量到的偏振度偏大。同时,本章的研究结果在论文中后续各章节的低能标定分析中亦有多次应用。 第三章介绍利用放射源对POLAR正样件进行的标定实验及数据分析结果。本章的核心内容是研究正样件所有1600路通道的高压-增益关系。同时,对温度和振动等环境因素对增益的影响的研究表明将地面标定数据库应用于在轨数据具有较大的可行性。基于高压-增益的标定结果,本章定量地研究了高压与沉积能量动态范围之间的关系,并且发现不同高压下通道间具有相似的不均匀性。本章的研究成果是POLAR地面标定数据库的重要组成,可用于优化在轨参数的设置。 第四章介绍能量-道数转换关系的第一个研究结果。通过统一分析了多个实验的数据,研究结果表明POLAR在低能端的能量-道数关系保持着比较好的线性,并且通过原点,这正是我们所希望的结果。本论文中其它各章的结论均在本章中有不同程度的体现和应用。 第五章介绍欧洲同步辐射(ESRF)偏振束流标定实验及其数据分析过程。本章详细探讨了POLAR偏振数据分析的基本流程,分析结果表明POLAR正样件在入射能量为140 keV时,μ100可高达47%,展现出良好的测量偏振的能力。通过改进已有的数据分析方法,本章首次研究了入射光与探测材料周围介质发生散射后形成的本底(次级粒子本底)对偏振测量的影响。研究结果表明在地面实验中,次级粒子本底甚至可能超过环境本底的水平,成为最主要的本底。同时,本章的分析结果亦可用于Geant4模拟。 第六章是对本论文所有工作的一个总结,并对未来的工作作一个展望。