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

  1. 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。
  2. Amplifier and Discriminator's Output (PMT input)
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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)。
  9. 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.
  10. 测量得到光电倍增管在不同高压下的本底曲线如图。
  11. 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。
  12. 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)。
  13. 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)
  14. 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。
  15. 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:
  16. 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。
  17. 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

  1. Measure the gain of the two stage amplifier using a sine wave.
  2. Measure the saturation output voltage of the amp.
  3. Examine the behavior of the discriminator.
  4. Measure the timing properties of the FPGA.
  5. Adjust HV and observe amp output.
  6. Remeasure muon's decay time spectrum.
  7. Design and manufacture a device to replace the Fluor-Aromatic Ring scintillator.

References

Presentation

Experiment Report

 
home/whyx/proj/muon.txt · 最后更改: 2010/08/10 17:26 由 07300720048
 
除额外注明的地方外,本维基上的内容按下列许可协议发布:CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported
Recent changes RSS feed Donate Powered by PHP Valid XHTML 1.0 Valid CSS Driven by DokuWiki