水基切伦科夫μ子探测器
- 实验学生：徐杰谌 07300720048
- Email:07300720048@fudan.edu.cn
- Tel:13661805237
Introduction
The muon is one of Nature’s fundamental particles. Its discovery in 1937 by Carl Anderson marked a radical departure in physicists' understanding of the building blocks of matter.
With the eCube Apparatus, we can:
- Measure Muon Lifetime
- Demonstrate Relativistic Time Dilation
- Measure Local Muon Flux
- Demonstrate Relativistic Time Dilation
Instrument
The Hardware: Detector Module & Electronics Module
The Software: Muon
Experiments
- FINDING THE MUON LIFETIME
- TIME DILATION EFFECT OF SPECIAL RELATIVITY
- PREDICTIONS OF PROBABILITY THEORY
- COSMIC RAY BACKGROUND RADIATION
- EXPLORE PROCESSING OF PHOTOMULTIPLIER SIGNAL
Progresses
- 用示波器观察到光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)的输出信号和脉冲鉴别器(discriminator)的输出信号。
- 获得单次80h+μ子衰变谱(decay time spectrum)，总记录时间200h+，总有效事件数达到8000+。总事件数8196的衰减曲线(上)与Prof. Ye测量的总事件数206852的衰减曲线(下)十分接近。
- 固定输入信号幅度Vin=100mV，二级放大器放大比率R(21*Vout/Vin)与频率f(kHZ)在150kHz-2MHz范围内有线性关系：R=98.36406*f-0.02961，r=0.99616。
- 固定输入信号频率fin=100mV，二级放大器放大比率R(21*Vout/Vin)与输入信号幅度U(mV)在饱和前(U<700mV)呈线性关系：R=104.255*U-0.05585,r=0.99872。饱和波形如下。
- LED脉冲周期调控旋钮档位N与脉冲信号周期T(μs)关系：T=3.34061*N-0.07232，r=0.9996。
- 阈值调控旋钮档位N与鉴别器阈值U(V)关系：V=0.0615*N-0.05553，r=0.99771。
- 输入正弦信号，逐步增大鉴别器阈值，鉴别器输出信号有如下的变化(上：0.000V，0.190V，0.308V；下：0.456V)。
- 利用示波器观察不同高压下噪声的幅度大小（HV表征高压，在前；PP表征峰值与谷值之差的绝对值，在后）：HV=1487V,PP=3.56V;1400V,3.04V;1300V,2.84V;1200V,1.38V;1100V,540mV;1000V,392mV;900V,130mV;870V,100mV;800V,65.6mV;700V,29.6mV;600V,19.2mV;500V,15.2mV;400V,16.6mV;200V,13.4mV;0V,14.4mV.
- 测量得到光电倍增管在不同高压下的本底曲线如图。
- 用45cm*45cm的不锈钢桶作为容器，乘满蒸馏水后将盖子边缘密封，在顶部开孔后插入光电倍增管，管末端浸没水中，在水面以下约4cm，同时将开口边缘与光电管交界处作避光处理。
- 在内壁贴几层铝箔(表面不平整，增大漫反射)后，对钢桶进行整体密封，用示波器分别观察到高压1400V下输出信号(左)和本底信号(右)。
- 将测量得到的能谱扣除本底后获得如下谱线(谱线包含有类似轫致辐射的部分)：spectrum.pdf。(测量能谱和本底时绝光条件不一致，数据有误，需要重新测量)
- 观察信号及测量能谱时光电管前端浸没水下3cm，保证光阴极在水面以下；测量本底时将光电管上提至前端距水面1cm位置，并将其开口用黑胶带密封三层。整个装置用黑布遮盖。
- 重新测量得到示波器上信号显示的高压1488V下输出信号(左)和本底信号(右)如下：
- 左图中有比本底峰更高的信号，但这种信号出现的频率并不高。
- 定时1800s，高压1400V测到的能谱扣除本底后得到如下的谱线：
Status quo
- 阅读相关文献，处理数据，整理结果。
Expectations
- Measure the gain of the two stage amplifier using a sine wave.
- Measure the saturation output voltage of the amp.
- Examine the behavior of the discriminator.
- Measure the timing properties of the FPGA.
- Adjust HV and observe amp output.
- Remeasure muon's decay time spectrum.
- Design and manufacture a device to replace the Fluor-Aromatic Ring scintillator.