宇宙线簇射热中子探测器的研究

摘要

宇宙线的产生、加速机制问题一直是一个尚未解决的粒子天体物理的基本问题。尤其是宇宙线膝区已经是一个世纪性难题，能够对膝区的成因做出正确的解释将对高能物理学与天文学有着很重要的意义，对宇宙线膝区能谱和成分精确测量也成为解决能谱问题的一种角度。一直以来，多国科学家进行了各种实验，采用各种不同的手段观测宇宙线并分析其中的信息，但是各个实验之间在能谱的问题上难以达成一致，而且在宇宙线成分的构成还有很大的差异。
　　PRISMA项目（PRImary Spectrum Measurement Array，原初能谱测量阵列）计划在四川稻城研究中心建立411个探测器组成的阵列，在LHAASO阵列中心布置，利用高海拔有利条件，有利于提高膝区宇宙线分成分能谱的能力。
　　本文讲了PRISMA探测器的构造原理，从理论上解释探测器的运行的可行性，然后在对探测器的优化测试来说明是否可以将探测器的探测性能增强。然后再对探测器收集的数据进行分析，看数据是否稳定，并且带有什么样的物理信息。最后进行了模拟，从理论上说明是否能够对这个探测器的探测结果有很好的预期。本文大体可以分为以下几个部分:
　　第一章主要介绍了宇宙线的产生与传播机制，以及宇宙线在膝区的研究进展。
　　第二章主要介绍了热中子探测器的构造与探测原理以及PRISMA的小规模实验阵列PRISMA-YBJ系统。
　　第三章主要介绍了热中子探测器的优化以增强探测器灵敏度，并且测试了放射源的影响效应。
　　第四章主要分析了PRISMA-YBJ的数据结果。
　　第五章主要对热中子探测器阵列进行模拟，初步研究其对原初宇宙线成分区分的能力，并且初步分析了广延大气簇射热中子横向分布。
　　第六章对本文工作进行了总结，展望了PRISMA-YBJ项目对宇宙线物理的价值。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 宇宙线的组成以及能谱

1．2 对能谱观测的现状

1．3 热中子的机理与研究

1．4 宇宙线簇射热中子探测器的发展状况

2 探测器介绍与PRISMA-YBJ实验阵列的搭建

2．1 探测器的主体部分

2．2 热中子探测器的电子学系统

2．3 PRISMA-YBJ现在的运行情况

3 单个热中子探测器的优化与测试

3．1 探测器周围加铅砖对探测效率的影响

3．2 放射源的测试

4 PRISMA-YBJ数据分析的结果

4．1 权重法芯位分布查看电子数与中子数的相关性

4．2 最大似然法的芯位分布来看电子数和中子数的相关性

5 宇宙线簇射热中子探测阵列模拟结果

5．1 对不同粒子的分辨能力的模拟

6 总结与展望

参考文献

致谢