LHAASO-KM2A中光电倍增管的性能研究与批量测试

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以探索宇宙线起源为目标的大型高海拔宇宙观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO),计划建设覆盖面积1平方公里的大型复合广延大气簇射阵列,其中平方公里阵列KM2A是LHAASO的主体阵列,其物理目标是对河内γ源实现精确测量。KM2A阵列由5000多个电子探测器与1000多个μ探测器组成,电子探测器即闪烁体探测器,而光电倍增管作为闪烁体探测器的重要组成部分,其性能的好坏直接关乎到探测器时间分辨、能量分辨等性能,为了保证KM2A物理目标的顺利实现,在探测器组装之前需要对光电倍增管的性能有一个深入的了解。为了完成KM2A中光电倍增管的性能测试,山东大学搭建了可以一次性完成16支PMT的批量测试实验室,硬件系统的搭建与软件自动化控制程序都已经顺利完成,另外为了让PMT的测试数据为合作组共享,建立了基于MySQL的数据库信息系统,方便用户在线实时查询。PMT批量测试的方法的确立与完善是在批量测试过程中逐步实现的,针对KM2A中电子探测器的具体的物理需求,制定了相应的测试方法与数据处理方法,PMT的测试项主要包括光阴极扫描、绝对增益的测试、高压响应的测试以及线性的测试。光阴极扫描测试中,光阴极扫描范围的确立要根据探测器中波长位移光纤的面积来确定,结合16路光源的同时提供以及步进电机逐点扫描的机械自动化控制系统,一次性完成16支PMT的扫描。在单光子峰的批量测试中,光强的调节以及单光子峰的拟合方法是根据待测PMT参数特点完成相应处理;高压响应的测试高压范围是由PMT工作高压以及测试单光子峰的高压来确定;非线性测试的动态范围以及最大电流等都需要满足ED探测器具体性能要求,另外针对批量测试的特点,测试条件从整体上考虑测试条件、测试方法的确立,又能够照顾到每一支PMT的测试。为了保证批量测试结果的可靠性,对批量测试进行了异地标定,将批量测试的结果同高能所PMT测试的结果进行对比,数据参数基本吻合。
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