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伽马射线监测器标定方法的研究

2020-12-02阅读(633)

伽马射线监测器标定方法的研究

论文摘要

1916年,爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果。而致密双星系统的旋进或者是合并,比如中子星或者是黑洞的双星系统,在旋进或合并的过程中,可能会产生引力波,而引力波的产生往往伴随着伽马暴现象的出现。为精准探测伽马射线暴,中国科学院紫金山天文台于2017年12月推出先进天基太阳天文台（ASO-S）卫星,中国科学院高能物理研究所于2018年12月先后成立引力波闪全天监测器（GECAM）卫星工程与空间多波段天文变源监测卫星（SVOM）卫星工程。这三颗卫星旨在硬X射线、软伽马射线的能谱观测和伽马暴触发功能的研究。为保证天文卫星精确执行巡天任务,就要对天文卫星的有效载荷进行精准的地面标定工作。只有经过精准的地面标定,星载卫星的能量线性、探测效率、角度响应均匀性、能量分辨率、位置响应均匀性、偏压响应等物理参数,才能对天文观测进行有效的数据分析。虽然天文卫星的有效载荷名为伽马射线监测器,但它的能量探测范围并不局限于伽马射线,也包括了X射线能量范围。由于实验室条件限制,单能光的能量范围为（5-200）keV,用X射线标定的话,并不会影响能量线性、探测效率等各项指标。且超出X射线能量段标定时,用的是豁免源,但是豁免源的活度不够,光子计数率太低,导致实验所用时间就非常长,由于放射源元素种类的限制,导致能量点非常有限,能量不可调,且放射核素时刻在变,标定探测效率需要半衰期修正以及放射源的外借手续又很麻烦,所以在刻度探测器的时候一般不采用放射源。所以实验室标定时,用的是X射线。本文主要做了以下几点工作:1)通过双晶单色器,将单能X射线的能量范围扩展到（35-200）keV。X射线从光机出来是连续谱,打到晶体上,经过布拉格衍射对连续X射线进行单色化,得到单能X射线。双晶单色器的主要结构为T型结构与高精度测角仪。T结构可保证得到的单能X射线的出射方向与位置基本不变,简化了实验的操作过程。本次实验利用Si551、Si220与Si511晶体,得到了（35-200）keV的单能X射线,能量连续可调,光通量稳定性优于0.3%,具有良好的稳定性。2)通过单晶单色器,单能X射线的能量范围低至（5-45）keV。以前单晶装置的最大问题为,在调节布拉格衍射角的过程中,仅仅是晶体转动,光机并不转动,出射单能X射线的出射方向与位置并不固定。现将装置改为当晶体转动θ角时,将光机和晶体所在平台转动-2θ角,这样可以保证单能X射线出射方向与旋转前一致。利用LiF晶体得到了（5-40）keV的单能X射线,能量连续可调,光子通量稳定。3)（5-200）keV的单能X射线建好后,研究主要集中于GECAM天文卫星、SVOM卫星以及ASO-S卫星部分有效载荷的地面初步标定工作。重点研究了GECAM卫星有效载荷伽马射线监测器（GRD）的地面初步标定工作,对GRD探测器进行了能量响应、探测效率、位置响应均匀性、角度响应均匀性的分析研究。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题背景及意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •   1.3 研究内容
  • 第2章 单能射线标定装置
  •   2.1 K荧光装置
  •     2.1.1 K荧光特征辐射原理
  •     2.1.2 K荧光装置
  •     2.1.3 K荧光探测结果
  •   2.2 单晶单能射线标定装置
  •     2.2.1 装置介绍
  •     2.2.2 布拉格衍射原理
  •     2.2.3 单晶标定装置下单能射线的研究
  •   2.3 双晶单能射线标定装置
  •     2.3.1 装置介绍
  •     2.3.2 双晶标定装置下单能射线的研究
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 ASO-S卫星有效载荷的地面标定
  •   3.1 ASO-S研究意义
  •   3.2 HXI性能指标
  •   3.3 HXI初步标定
  •     3.3.1 探测效率标定
  •     3.3.2 能量线性标定
  •     3.3.3 均匀性分析
  •   3.4 本章小结
  • 第4章 碲化镉探测器的标定
  •   4.1 研究意义
  •   4.2 标定过程
  •     4.2.1 探测效率标定
  •     4.2.2 能量线性标定
  •   4.3 本章小结
  • 第5章 GECAM卫星有效载荷的地面标定
  •   5.1 GECAM研究意义
  •   5.2 GRD性能指标
  •   5.3 GRD初步标定
  •     5.3.1 探测效率标定
  •     5.3.2 能量线性标定
  •     5.3.3 均匀性响应测试
  •   5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间所发表的论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 翟玉丹

    导师: 任世伟,吴金杰

    关键词: 布拉格衍射,单能射线,晶体单色器,伽马暴,能谱,地面标定

    来源: 河北科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学,天文学

    单位: 河北科技大学

    分类号: O412.1;P171.3

    DOI: 10.27107/d.cnki.ghbku.2019.000190

    总页数: 68

    文件大小: 6432K

    下载量: 27

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