专利名称：水切伦科夫光高能粒子探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于粒子探测技术，特别是用于高能伽马天文与宇宙线物理探测的探测器。
背景技术：
传统高能粒子探测器，为了测定带电粒子的到达时间及带电粒子的数目，通常采用闪烁体探测器。当带电粒子通过闪烁体时，闪烁体中的原子和分子在退激过程中会发出荧光，其光量与带电粒子的数目成正比。利用该原理，就可以测定进入探测器的带电粒子的数目。但闪烁体探测器价格昂贵(每平方米2万人民币左右)，所以无法满足大面积制作需求。在大型探测器领域，近年来开发成功的水切伦科夫探测器，由于具有价格便宜、P/Y鉴别能力强、灵敏度高等优点，开始部分替代闪烁体探测器。其探测原理是当相对论性带电粒·子穿过纯水或净水时的速度大于光在水中的相速度时，会发出水切伦科夫光，此时在纯水或净水中装上大口径的光电倍增管，来收集水切伦科夫光。能量较低的粒子进入探测器中很快消耗其能量，停止了下来，此时其能量与其在探测器中行程长度成正比。而能量较高的粒子进入探测器中不但有较长的行程，而且还会发生二次簇射，产生更多的新粒子，新粒子的数目与入射粒子的能量成正比，此时通过测定探测器中产生的水切伦科夫光，就可以测定入射粒子数目及其总能量。总地来说，产生的水切伦科夫光与入射粒子的数目及所有粒子的总行程是成正比的。如上面所介绍的水切伦科夫探测器，虽然用廉价的水代替了昂贵的闪烁体，使得成本有所降低，另一方面，目前大型水切伦科夫光探测器的性能，也仍有很多不尽人意的地方，如I、带电粒子在水中通过时每厘米仅发出300个左右的光子(闪烁体中，粒子每厘米行程可发出10000个光子)，因此，在水中收集光需要较大的光电倍增管的直径(增大采光面积)，然而大口径光电倍增管(直径50cm)价格是小口径光电倍增管(直径5cm)的十倍以上。而且，大口径光电倍增管本身的体积过大，在小型探测器方面根本无法使用。2、高速带电粒子在水中产生水切伦科夫光，光的行进方向与粒子的行进方向成40度角。高速带电粒子每通过I厘米的纯水或净水，发出300个左右的光子，因此，在行进方向中心的部分有较高密度的水切伦科夫光，而远离行进方向中心的地方则密度较小或没有水切伦科夫光存在，因此在探测器中不同的部位探测到的水切伦科夫光的数目有较大的差
巳目前使用的水切伦科夫光探测器主要有日本人开发的大型地下水切伦科夫光μ子探测器和美国人开发的地面水切伦科夫光粒子量能器，及冰中或水中探测器。日本人开发的大型地下水切伦科夫光μ子探测器，其结构如附图1所示地下μ子探测器是一个7. 2mX 7. 2mX1. 5m的混凝土水池，其表面覆盖有2. 5米厚的土层，水池内表面涂有白色的反射层，水池的顶部中间有两个20英寸(直径50cm)的光电倍增管(PMT)。当带电粒子在介质的中速度超过光在该介质中的相速度时，就会产生切伦科夫光。该探测器就是利用PMT收集带电粒子在水中产生的切伦科夫光来探测进入探测器的带电粒子数目。该探测器设计成位于地下2. 5m深。2. 5m厚的土层可以过滤掉绝大多数中、低能量的带电粒子(电子等)，只有较高能μ子能穿过土层，所以具有探测μ子的功能。但是2. 5m厚的土层同时也把低能的μ子过滤掉了，所以μ子探测器只能测量较高能μ子而不能测量低能μ子。而且该探测器只有单层结构，故无法记录粒子进入探测器不同深度阶段的物理图像，无法分辨进入探测器的粒子的种类(如伽马、电子、μ子、强子
美国人开发的高海拔水切伦科夫探测器(HAWC)，其结构如附图2所示。高海拔水切伦科夫光探测器是一个直径7. 3m,高4. 3m的水罐子，其中注满水。在水箱的底部，有4个向上的PMT (直径20cm左右)，分别是中间一个10英寸的PMT和外围三个8英寸的PMT。其设计理念是通过较厚的水来测量入射粒子的能量，由于PMT只有4个，如果粒子行进方向中心刚好是在4个PMT的位置上，则可以测得较大光量，反之则测得较小光量或测不到光量。因此，粒子在探测器上的入射位置不同，就造成很大的测量误差，即通常所称的探测器的位置依存性。通常可以在水箱的内部增加光反射层，对光进行多次的漫反射，使得水切伦科夫光在水中均匀分布来消除探测器位置依存性造成的粒子数或能量测量误差。但由于探测器必须同时探测另一重要的物理量，及粒子到达探测器的时间，直径7. 3m,高4. 3m的水罐子从粒子到达水罐子的水面开始计算，其到达PMT的行程是不同的，差异可以达到米的量级，而I米的差异将产生5纳秒的时间测量差异，此时若在内壁增加反射材料，直接入射和漫反射光子到达PMT的到达时间差将达到十个纳秒以上，这是粒子探测器所无法忍受的。这两难的选择，使得美国人只好采用探测器内不涂反射材料的方案。还有一种对水切伦科夫光探测方法是在深海或南极的冰层中(冰面或水面千米以下)用绳子直接吊入一串串的光电倍增管，来对水切伦科夫光进行观测，但是这种方法的结构过于庞大，非常昂贵，而且光收集效率也非常低，测量结果不准确。因此目前水切伦科夫光探测器具有对对粒子到达时间，粒子数目及粒子能量的测量不精确等缺点，特别是探测器不具备辨别粒子种类的能力，无法区分进入探测器的带电粒子如电子、μ子、强子，而这些功能是检测一台探测器性能的最关键的技术指标。所以，我们提出一种新的高能粒子探测器，解决上述问题。
发明内容
本发明所述的水切伦科夫光高能粒子探测器包括水切伦科夫光产生装置、光收集装置、光电转换装置、数据获取装置；所述水切伦科夫光产生装置包括密闭的水箱或水袋；在所述水箱或水袋外表面上具有遮光层；所述光收集装置包括贴在水切伦科夫光产生装置内表面上的漫反射膜，以及波长转换光纤，所述波长转换光纤利用固定架固定在水箱或水袋内部。所述的光电转换装置为光电倍增管，固定于水箱或水袋内部；所述波长转换光纤的切口对准光电倍增管的光阴极面。所述的漫反射膜为tyvek膜或其他反射材料。所述的水切伦科夫光产生装置注满纯水或净水后固定在水体中。
所述光电转换装置还包括光电倍增管固定架、光电倍增管分压电路、高压电源、高压线、信号线；光电倍增管输出的电信号通过信号线输送到数据获取装置；高压电源在地面上通过高压线给光电转换装置提供高压；所述数据获取装置包括快速模数转换器(FADC)、通用计算机总线(VME)、核仪器插件系统(NIM系统)、触发判选和数据存储系统。所述水切伦科夫光产生装置还包括水净化装置，用于为水切伦科夫光产生装置提供纯水或净水。所述波长转换光纤在水箱或水袋中呈均匀或放射状分布。所述的高能粒子探测器放在水中进行探测。所述的光收集装置中也可省略波长转换光纤，直接采用光电转换装置中的光电倍增管接收光信号。优选的，水切伦科夫光高能粒子探测器的高度设计为O. 3 lm，即薄层式探测器，从而保证粒子的到达时间和能量测量的准确性；优选的，还可以将多个所述的薄层式探测器布置在竖直方向上，形成多层式的探测结构。所述水箱或水袋外表面附有一层黑色的遮光层，所述遮光层在水箱外侧，高速带电粒子射入水箱内部，在水箱内部的水中产生光子，所以不需要留有进光口，水箱完全遮光，防止水箱外部的光子进入水箱，造成干扰，及防漏光；内表面附有tyvek膜或其他反射材料，其能够漫反射80%以上的光子。所述水箱或水袋本身能够密封纯水或净水，防止水质变坏。带电粒子入射到装满纯水或净水的水箱或水袋中，其速度超过光在水中的相速度，会产生切伦科夫光，约300个/厘米。切伦科夫光在水箱或水袋传播过程中被漫反射，会趋于均匀分布，被均匀分布的波长转换光纤所收集，波长转换光纤收集的光子通过光纤传输，入射到光电倍增管(PMT)的光阴极面。光子在光电倍增管中转换为电子并倍增放大，到达光电倍增管阳极。光电倍增管阳极输出的电信号通过信号线传送到数据获取装置，经过触发、判选、幅数转换后存储到磁盘上。磁盘上的数据经过离线刻度、重建后生成可用于分析的实验数据。有益效果本发明所述的水切伦科夫光粒子探测器，在探测原理和结构上做了重大改进，弥补了现有水切伦科夫光探测器的缺点。其有益效果主要体现以下几个方面I)首先，该水切伦科夫光粒子探测器首次在水中使用波长变换光纤来收集带电粒子在水中产生的切伦科夫光子。在探测器中均匀地铺设波长变换光纤，改变现有探测器仅用光电倍增管收集光的缺点，不但对探测器内的水切伦科夫光可以起到均匀收集的作用，同时也大大增加了收集光子的有效面积。波长转换光纤代替光电倍增管来收集水切伦科夫光，从根本上排除了因较大的位置依存性而造成的巨大的测量误差。我们的方法避免了现有探测器对粒子数目测量及能量测量的位置依存性，大幅提高了粒子数及粒子能量的测量精度。2)在湖泊，水库等水体中直接放入内置水切伦科夫光探测器的水箱或水袋的设计，避免了混凝土水池或其他材料水罐的建设制作的大量费用，使探测器的制作成本大幅降低。3)其次，该水切伦科夫光高能粒子探测器采用波长变换光纤收集切伦科夫光。收集的切伦科夫光通过光纤汇聚到光电倍增管。所以小口径光电倍增管就能够达到实验需求，不必再使用大口径光电倍增管，大大降低了成本。同时，该探测器使用小口径光电倍增管，从而使得小型和薄型探测器上也可采用该技术。(大口径PMT直径达20cm以上，厚度30cm以上，通常适用于厚度Im以上，单元面积10平方米以上的大型探测器)4)如附图3所示，水切伦科夫光粒子探测器对传统闪烁体探测器的替代同样非常成功，本发明可以利用波长变换光纤收集较薄的探测器中产生的数目较少的水切伦科夫光，达到以廉价的纯净水代替高价的闪烁体的目的，每平方米探测器造价节省2万人民币左右。当然，在寒冷气候环境下，纯净水存在结冰的问题，对此我们只要对探测器外部加上
卜15cm厚的泡沫保温材料，并在探测器内部安装一个自动加热装置，当探测器内温度接近
零度时开始加热，高于5度左右时停止加热。
附图1 :地下μ子探测器结构示意图附图2 :高海拔水切伦科夫探测器(HAWC)的结构示意图附图3 :探测器中用纯水或净水替代闪烁体的示意图附图4 :水切伦科夫光高能粒子探测器结构示意图(实施方案一)附图5 :水切伦科夫光高能粒子探测器结构示意图(实施方案二)附图6(a):性能标定实验的示意图附图6 (b):性能标定试验中水切伦科夫探测器测量的信号附图6(c):性能标定实验中水切伦科夫探测器测量的信号与空气簇射轴芯探测器(YAC)测量的信号的关系图附图7(a):粒子入射到水切伦科夫探测器不同位置时引起的测量误差附图7(b):探测器对粒子到来方向的测量精度附图7 (C):探测器对粒子能量测量精度图中标号说明I湖泊、水库或人造水体2水切伦科夫光高能粒子探测器的顶部3水切伦科夫光高能粒子探测器的底部4水切伦科夫光高能粒子探测器的侧边5遮光层6水箱或水袋的壁7tyvek 膜8光电倍增管9高压线10信号线11进出水管12高压电源
13数据获取的电子学仪器14水净化装置15 出气口16呈均匀或放射状分布的波长转化光纤(放射状分布未展示)
具体实施例方式实施方式一本发明中所述的水切伦科夫光高能粒子探测器的结构如附图4所示1是湖泊、水库或人造水体，水切伦科夫光高能粒子探测器放置在其中的固定架上。2是水切伦科夫光高能粒子探测器的顶部，3是水切伦科夫光高能粒子探测器的底部，4是水切伦科夫光高能粒子探测器的侧边。水切伦科夫光高能粒子探测器的水箱或水袋的外壳是由三部分构成5是一层遮光层，防止探测器漏光；6是水箱或水袋的壁，能够密封纯水或净水，防止水质变差；7是tyvek膜或其他反射材料。16是呈均匀或放射状分布的波长转换光纤，其能覆盖住水切伦科夫光高能粒子探测器底部绝大部分面积，用于收集水切伦科夫光高能粒子探测器中产生的水切伦科夫光。8是光电倍增管，其与分压回路连接后进行封装(防止进水)，封装后仅露出光电倍增管的光阴极面和高压线、信号线接头(高压线和信号线接头需单独封装)。封装的光电倍增管固定在固定架上光电倍增管在高电压(-1200V -2500V)下工作，能够将光信号转换为电信号，并对电信号进行放大。波长转换光纤束成一束后垂直对准光电倍增管的光阴极面，光纤的切口与光阴极面的间距为O.1 I厘米。9是高压线，10是信号线，11是进出水管。12是高压电源，它通过高压线给光电倍增管提供工作电压。13是数据获取的电子学仪器。光电倍增管阳极输出的电信号经过信号线传输到数据获取的电子学仪器，经过其触发判选、幅数转换等处理后变为数字信号存储到磁盘中。14是水净化装置，它生产纯水或净水，并注入到水箱或水袋中。15是出气口，用于在注入水时排出气体。本实施方式中水切伦科夫光高能粒子探测器整体尺寸与其内部各个部件的尺寸水切伦科夫光高能粒子探测器的边长可为O. 5 10米，边长最优尺寸为I 5米；厚度为O. 3 2米。水箱或水袋的壁厚为O.1 2厘米。光纤的直径为O. 5-3毫米，每根的长度O. 3 10米，可以根据探测器对到达时间的测量精度的要求进行调整，光纤均匀安置在水箱或水袋中，其间距为Icm 几十cm，可根据PMT的放大倍数等性能及对入射粒子数或能量测量精度要求不同而灵活调整。光电倍增管的直径可以为I 15cm。水切伦科夫光高能粒子探测器的高度(即厚度)特意设计为只有O. 3 2m。用高度是O. 3 Im的薄层式探测器来代替类似HAWC试验中4. 5m高的水箱是为了保证粒子的到达时间和能量测量的准确性。HAWC实验使用4. 5m高的水箱，为了提高测量粒子的到达时间精度而不用漫反射层，这样提高了时间测量的准确性却降低了粒子的数目及能量测量精度。本发明中使用薄层探测器，探测器内部使用漫反射层既保证了粒子的能量测量精度也不会降低粒子的时间测量精度。水切伦科夫光高能粒子探测器工作流程如下首先组装水切伦科夫光高能粒子探测器，必须做到不漏光，不漏水。安装完毕后，开动净水装置，生产纯水或净水。水箱或水袋中注满纯水或净水后撤掉净水装置，并将进水口密封。启动高压电源给光电倍增管提供工作电压，光电倍增管输出电信号通过电子学仪器将数据获取并记录。高速带电粒子进入水箱或水袋中，其在水中的速度将超过光在水中的速度，此时会产生水切伦科夫光，约300个/厘米。由于水箱或水袋的内层是一层高反射率的tyvek膜或其他放射材料，所以产生的切伦科夫光经漫反射后在水中自由无规律传播，直至衰减消失。光子在较纯净的水中传播衰减为原来数目Ι/e时在纯净水中通过的距离大约是15米以上。波长转换光纤在水箱或水袋中呈均匀或放射状分布，并能覆盖95%以上的面积。如此，切伦科夫光在多次反射传播过程中就可能均匀碰触到波长转换光纤的表面，进而被波长转换光纤吸收。被吸收的光子转换为波长更易在光纤中传输的光子，其波长约为450 600纳米。转换后的光子经过光纤传输到光纤切口，进而射到光电倍增管的光阴极面。光阴极面到达的光子中的50%左右转换为光电子。光阴极面产生的光电子经过光电倍增管的各个打拿极的倍增放大形成大量的电子汇聚到光电倍增管的阳极。此时光子信号就被转化为可被电子学测量的电信号。光电倍增管阳极的电信号经过信号线输送到数据获取的电子学仪器。在电子学仪器中，电信号经过放大、滤波、触发判选、幅数转换等处理后变为数字信号存储到磁盘中。磁盘中的数据经过离线刻度、数据重建即可成为可用于物理分析的数据。实施方式二在实施方式一中，水箱或水袋的内层的tyvek膜具有很好的反射率，当探测器中的水质足够好时(如光衰减长度大于15米)，也可以不采用波长转换光纤，而采用直径IOcm左右的PMT直接在水箱或水袋中收集切伦科夫光，当然对于单粒子入射时检出率会由采用波长转换光纤时的80%降低到30%左右，但对于多粒子或大能量粒子的测量，影响则不是很大，鉴于节省制作成本的考虑，及实际实验要求，方式二也成为一个可行的选择。当不采用波长转换光纤时，水切伦科夫光高能粒子探测器的结构如附图5所示与实施方式一的区别是省去了波长转换光纤。其中1是湖泊、水库或人造水体，水切伦科夫光高能粒子探测器放置在其中的固定架上。2是水切伦科夫光高能粒子探测器的顶部，3是水切伦科夫光高能粒子探测器的底部，4是水切伦科夫光高能粒子探测器的侧边。水切伦科夫光高能粒子探测器的水箱或水袋的外壳是由三部分构成5是一层遮光层，防止探测器漏光；6是水箱或水袋的壁，能够密封纯水或净水，防止水质变差；7是tyvek膜。8是光电倍增管，其与分压回路连接后进行封装(防止浸水)，封装后仅露出光电倍增管的光阴极面和高压线、信号线接头(高压线和信号线接头需单独封装)。封装的光电倍增管固定在固定架上，位置是在水切伦科夫光高能粒子探测器中间。光电倍增管在高电压(-1200V -2500V)下工作，能够将光信号转换为电信号，并对电信号进行放大。9是高压线，10是信号线，11是进出水管。12是高压电源，其通过高压线给光电倍增管提供工作电压。13是数据获取的电子学仪器。光电倍增管阳极输出的电信号经过信号线传输到数据获取的电子学仪器，经过其触发判选、幅数转换等后变为数字信号存储到磁盘中。14是水净化装置，它生产纯水或净水，并注入到水箱或水袋中。15是出气口。本实施方式中水切伦科夫光高能粒子探测器整体尺寸与其内部各个部件的尺寸水切伦科夫光高能粒子探测器的边长可为O. 5 10米，边长最优尺寸为I 5米；厚度为O. 3 2米。水箱或水袋的壁厚为O.1 2厘米。光电倍增管的直径为5 20cm，数量为I 4个。水切伦科夫光高能粒子探测器工作流程水切伦科夫光高能粒子探测器安装完毕后，开动净水装置，生产纯水或净水。水箱或水袋中注满纯水或净水后撤掉净水装置，并将进水口密封。启动高压电源和数据获取的电子学仪器，给光电倍增管提供工作电压并获取水切伦科夫光高能粒子探测器产生的电信号。高速带电粒子摄入水箱或水袋中，若其在水中的速度超过光在水中的相速度，则就会产生水切伦科夫光，约300个/厘米。由于水箱或水袋的内层是一层漫反射的tyvek膜或其他反射材料，所以产生的切伦科夫光可在水中传播，并被反射材料反射后再传播，直至衰减消失。光子在水中传播衰减到原来Ι/e的距离大约是15米。光电倍增管的光阴极面有50%可能把光子转换为光电子。自由传播的光子碰触到光电倍增管的光阴极面，进而被光阴极面吸收并转换为光电子。光电子经过各个打拿极的倍增放大形成大量的电子汇聚到光电倍增管的阳极。此时大量的光子已经是可被电子学测量的电信号。光电倍增管阳极的电信号经过信号线输送到数据获取的电子学仪器。在电子学仪器中，电信号经过放大、滤波、触发判选、幅数转换等处理后变为数字信号存储到磁盘中。磁盘中的数据经过离线刻度、数据重建即可成为可用于物理分析的数据。实施方式三本实施方式主要针对高海拔寒冷气候而设计，在实施方式一或实施方式二的基础上加入恒温装置，避免结冰。本实施方式中水切伦科夫光高能粒子探测器整体尺寸与其内部各个部件的尺寸水切伦科夫光粒子探测器的边长可为O. 5 数米；厚度为O.1 I米。水箱或水袋的壁厚为O.1 2厘米。光纤的直径为O. 5-3毫米，每根的长度O. 2 2米，可以根据探测器对到达时间的测量精度进行调整，光纤均匀设置于水箱或水袋中，其间距为Icm-几十cm，可根据PMT的放大倍数等性能及对入射粒子数或能量测量精度要求不同可以灵活调整。光电倍增管的直径可以为I 10cm。数量为I 2个(如配置不同型号的高，低增益PMT，已达到更大的测量量程)。如使用于低温环境，探测器外部追加有保温材料，其厚度5-15cm,内部追加有自动加热装置，当探测器内温度接近零度时开始加热，高于5度左右时停止加热。对于本发明水切伦科夫光高能粒子探测器，我们已经完成了小，中，大型样机制作。大型样机我们采用的是实施方式一。样机使用水箱，其尺寸是边长X边长X高度=3米X3米Xl米，材料是1. 5厘米厚的聚氯乙烯(pvc)。水箱外表面的遮光层是六层黑色塑料膜，以保证水箱不会漏光。Tyvek膜与涂有防水漆的铁丝网固定在一起后整体放置在水箱的内表面。波长转换光纤呈放射状分布在水箱内部，其间距在I 3厘米。每根波长转换光纤长3. 2米，总共100根。波长转换光纤与光电倍增管固定在固定架上。固定架吊在水箱的顶部。波长转换光纤距水箱底部约45厘米。光电倍增管通过高压线、信号线与实验室中的数据收集系统相连。水箱中注入约50厘米的纯水或净水，然后用遮光层将水箱整体密封。为保证水切伦科夫光高能粒子探测器样机测量的准确性，测量前已经用加速器的高能粒子束流对探测器做了性能标定。加速器产生的高速粒子束经过法拉第杯、厚粒子室、薄粒子室、空气簇射轴芯探测器(YAC)、水切伦科夫探测器。法拉第杯、厚粒子室、薄粒子室的标定刻度衔接后就可绝对刻度空气簇射轴芯探测器(YAC)和水切伦科夫探测器。性能定标实验如附图6(a)所示，依次是加速器产生的粒子数、法拉第杯、厚粒子室、薄粒子室、空气簇射轴芯探测器(YAC)、水切伦科夫探测器。附图6(b)是水切伦科夫探测器测量的信号。附图6(c)水切伦科夫探测器测量的信号与空气簇射轴芯探测器(YAC)测量的信号的关系图。附图7(a)是粒子入射到水切伦科夫探测器不同位置时引起的测量误差。测量误差为-35% +40%，这个测量误差与HAWC相比是非常小的；附图7(b)是探测器对粒子到来方向的测量精度。从附图7(b)中可知，粒子入射的天顶角在O 5度时，探测器对粒子到来的方向测量最准。附图7(c)是探测器对粒子能量测量精度。从附图7(c)中可知，粒子能量在IOOGeV IOOOOGeV,粒子数之和(Sump )在100 1000时，粒子能量测量精度为30%。这个测量精度与HAWC相比是非常好的。综上所述，新开发的水切伦科夫光高能粒子探测器，与日本人和美国人开发的水切伦科夫探测器相比，节省了大型地下水池或水罐建设的大笔费用，同时在粒子数目，粒子到达时间测量精度上有了较大提高。
权利要求
1.一种水切伦科夫光高能粒子探测器，包括水切伦科夫光产生装置、光收集装置、光电转换装置、数据获取装置，其特征在于 所述水切伦科夫光产生装置包括密闭的水箱或水袋；在所述水箱或水袋外表面上具有遮光层； 所述光收集装置包括贴在水切伦科夫光产生装置内表面上的漫反射膜，以及波长转换光纤，所述波长转换光纤利用固定架固定在水箱或水袋内部。
2.根据权利要求I所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于所述的光电转换装置为光电倍增管，固定于水箱或水袋内部；所述波长转换光纤的切口对准光电倍增管的光阴极面。
3.根据权利要求I所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于所述的漫反射膜为tyvek膜，其反射率在80%以上。
4.根据权利要求I所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于水切伦科夫光产生装置注满纯水或净水后固定在大水体中进行探测。
5.根据权利要求2所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于所述光电转换装置还包括光电倍增管固定架、光电倍增管分压电路、高压电源、高压线、信号线；光电倍增管输出的电信号通过信号线输送到数据获取装置。
6.根据权利要求I所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于所述数据获取装置包括快速模数转换器、通用计算机总线、核仪器插件系统、触发判选和数据存储系统；所述水切伦科夫光产生装置还包括水净化装置，用于为水切伦科夫光产生装置提供纯水或净水。
7.根据权利要求I所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于水切伦科夫光高能粒子探测器的高度设计为O. 3 lm，即薄层式探测器，从而保证粒子的到达时间和能量测量的准确性。
8.根据权利要求I所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于所述波长转换光纤在水箱或水袋中呈均匀或放射状分布。
9.根据权利要求7所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于将多个所述的薄层式探测器布置在竖直方向上，形成多层式的探测结构。
10.根据权利要求I所述的水切伦科夫光高能粒子探测器，其特征在于所述的光收集装置中省略波长转换光纤，直接采用光电转换装置中的光电倍增管接收光信号。
全文摘要
本发明涉及一种水切伦科夫光高能粒子探测器，其包括切伦科夫光产生装置、光收集装置、光电转换装置、数据获取装置。光收集装置和光电转换装置安装在水切伦科夫光高能粒子探测器的内部。当入射到探测器中的带电粒子的速度大于光在水中的相速度时，将会产生切伦科夫光。通过探测器内的光收集装置对产生的水切伦科夫光进行收集，并且经过光电转换装置后，可将光信号转换成电信号。输出的电信号经过模数转换，最终被数据获取装置进行储存和记录。本发明主要用于相对论性粒子的粒子数量及其能量的探测，应用于高能伽马天文及高能宇宙线的研究。
文档编号G01T1/204GK102981180SQ20121053263
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者陈鼎 申请人:中国科学院国家天文台