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《中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)》 2019年 硕士论文
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暗物质粒子探测卫星PSD的在轨标定和质子能谱重建

丁萌  
【摘要】:大量天文观测的结果表明宇宙中存在着暗物质。按照粒子物理与场论的观点,暗物质是由暗物质粒子组成。暗物质粒子不是标准模型中的粒子,使得暗物质成为21世纪笼罩在物理学上空的新的乌云。理论认为暗物质会发生弱相互作用,其衰变或者湮灭的末态产物可能是标准模型粒子,这些产物会和天体物理过程中产生的宇宙线混合在一起。所以对宇宙线粒子(如正负电子、伽马射线、正反质子等)能谱的精确测量,对于研究暗物质粒子的属性(如质量、衰变宽度等)具有重大意义,同时这也是理解宇宙线起源加速与传播的机制的关键。暗物质粒子探测卫星(DAMPE)是中国科学院先导专项。相比同类探测项目,暗物质粒子探测卫星具有更高的探测能段和更好的能量分辨,整体性能达到国际先进水平。暗物质粒子探测卫星可以实现对宇宙线电子、伽玛和核素通量方向和能量的精确测量。本论文是基于DAMPE卫星的在轨数据完成的,主要包括以下三个部分:(1)暗物质粒子探测卫星塑料闪烁体探测器的在轨标定。包括对PSD(Plastic Scintillator Detector)温度、电压的稳定性分析、基线标定、打拿极标定、MIPs响应标定、PSD能量重建、PSD光衰减标定和PSD自身位置重建研究。性能标定中发现,PSD发射到现在性能保持基本不变。PSD效率标定发现,PSD每根塑料闪烁体条的探测效率大于99.8%,PSD整体探测器效率大于99.99%。(2)PSD电荷重建算法开发。基于DAMPE标定后的数据,开发了DAMPE数据中的径迹选择算法和电荷重建算法。通过该重建算法,PSD可以鉴别从H到Ni的宇宙射线核素,电荷分辨能量与其它空间卫星实验(如AMS02)相当。(3)宇宙射线质子的能谱初步分析。其中开展了DAMPE实验数据中质子事例的筛选、卫星有效接受度计算和BGO能谱反卷积的工作,并得到了初步的质子能谱。


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