经验模态分解方法在PRISMA-YBJ实验数据中的应用与探究

摘要

宇宙射线是奥地利物理学家赫斯在一百多年前发现的，第一次发现广延大气簇射（EAS）是50多年前的事情，然而宇宙射线的来源和加速机制至今还在探究中。 PRISMA探测器阵列用于测量簇射中强子与地面介质相互作用产生的热中子成分，以实现对宇宙射线能谱和成分的精确测量。2013年1月， ARGO-YBJ大厅的中心安装了四台PRISMA探测器。到现在已经累计了三年以上的数据。用希尔伯特黄变换的经验模态分解方法对记载的数据进行剖析研究。并验证了经验模态方法可行性和有效性。 本文从四部分进行阐述： 第一部分，主要介绍了宇宙射线的起源之谜及它的四个明显的拐折部分，以及宇宙射线的组成粒子，对探测宇宙线采取的两种探测方法进行了初步介绍，以及对热中子探测器和利用希尔伯特黄变换的检验模态分解方法对它所获取的数据分析的简介。 第二部分，重点引见了PRISMA-YBJ实验，从搭建到顺利运行及成功获取数据历时三年以上，说明了热中子探测器的组成部分，并对里面的闪烁体材料及光电倍增管的性能做出重点分析，从闪烁体的分类到选择以及具体的制备操作，最后到闪烁体效率的检测。针对本试验验要求对光电倍增管的放大倍数的功用进行了详细检测。 第三部分，对整体经验模态方法详细引见，对于实验数据采用此方法的科学性，从经验模态分解到进行加入白噪声处理后衍生的整体经验模态方法，利用该法方法对热中子探测器获取的三年多数据得到各个时间尺度的物理分量。 第四部分，利用整体经验模态方法对高低频混叠信号进行分解，成功得到了高频和低频各自的信号，说明采用该方法对本实验是可行有效的，最后分解得到一天、半天尺度，七天尺度，月尺度的周期信号，并且和数据的频域分析契合，说明很有可能与气压温度有关，以及与太阳的27天周期有关。 经过对PRISMA-YBJ试验的数据分析，我们采用整体经验模态分解方法，对分解得到的周期信息的分析，发现中子信号可能受到季节变化和月球潮汐的影响，也有一些具有物理意义的周期性信息。这些信息将有助于我们对宇宙线粒子的理解，进而了解宇宙线能谱。

目录

声明

1 绪 论

1.1 宇宙线简介

1.2热中子探测器

1.3 希尔伯特黄变换的经验模态分解

2 PRISMA-YBJ实验

2.1 PRISMA-YBJ简介

2.2 闪烁体材料选择与制备及效率

2.2.1 闪烁体的分类

2.2.2 探测器的闪烁体材料选取

2.2.3 闪烁体材料制备步骤

2.2.4 闪烁体发光效率

2.3光电倍增管性能测试

2.3.1测试设置

2.3.2测试小结及注意

3 整体经验模态分解（EEMD）

3.1 经验模态分解（EMD）

3.2 EMD加噪处理的必要性

3.3 EEMD分解过程

4 验证EEMD

5 初步数据分析结果

总结

参考文献

致谢