暗物质粒子探测卫星BGO量能器完成束流标定实验 2015-08-27
暗物质粒子探测卫星的总体目标为“通过在空间高分辨、宽波段观测高能电子和伽玛射线间接测量和研究暗物质粒子,寻求在暗物质研究这一前沿科学领域取得重大突破”。

近日,由我校承担的暗物质粒子探测卫星(以下简称“暗物质卫星”,缩写DAMPE)有效载荷BGO(锗酸铋晶体)量能器分系统完成了在欧洲核子中心(CERN)的所有束流标定实验,进一步验证了DAMPE谱仪的探测性能。

束流标定实验是利用高能粒子测试探测器探测性能,以确认各项性能指标是否满足设计要求,并为后续卫星在轨实验数据分析提供标定依据。在方案和初样研制阶段中,BGO量能器分系统分别于2012年10月和2014年10~11月在CERN成功完成两次束流标定实验,利用高能电子束流等验证了量能器探测器、电子学、在线控制装置和相关数据分析软件等组件功能正常,能量分辨率、能量线性等重要指标合格。在正样研制阶段中,则需要通过多样化的重离子、质子束流,进一步研究BGO量能器的外太空高能离子探测能力、电子/质子区分能力等指标。

 

图1. 束流实验现场

 

我校核探测与核电子学国家重点实验室的研究团队一方面确保了正样研制工作顺利开展,于今年5月11日成功交付BGO量能器分系统正样件,并协助参与后续整星组装和环境试验工作;另一方面,于今年3月和6月两次远赴CERN开展重离子束(40GeV/u)标定和原初质子束(400GeV)标定实验(图1),成功完成了BGO量能器数据判读任务以及测试束线的部分安装工作。

 


图2. 高能离子束能量重建及能量分辨率

 


 图3. BGO晶体对高能离子响应的荧光猝灭效应

 

 其中,重离子束标定实验利用40GeV/u的40Ar打靶产生的次级离子研究DAMPE谱仪对高能离子束的性能响应,结果显示其对高能离子束的能量分辨率达到约30%(图2),优于目前国际上所有在轨粒子探测谱仪水平,并首次获得了BGO晶体对40GeV/u能区高能离子的荧光猝灭系数(图3),测量结果填补了40GeV/u能区实验数据的空白,对未来在轨测量数据修正具有重要意义。原初质子束标定实验则通过长时间累积100万原初质子事件研究DAMPE谱议对电子/质子的区分能力,其中BGO量能器的电子/质子鉴别结果仍在分析进行中。

 

 暗物质粒子探测卫星的总体目标为“通过在空间高分辨、宽波段观测高能电子和伽玛射线间接测量和研究暗物质粒子,寻求在暗物质研究这一前沿科学领域取得重大突破”。此次实验的圆满成功,进一步验证了DAMPE谱仪的软、硬件功能完备正确、系统工作可靠、关键探测技术“BGO晶体大动态范围读出”及各项指标达到设计要求,保证了未来科学成果的可信度。

 

 (核探测与核电子学国家重点实验室、科研部)


     
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