AMs-02TOF探测器研究和硼碳比率测量

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位于国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS-02)于2011年5月发射升空并同期开始取数,截止到2013年12月26日,AMS-02探测器共采集约410亿事例。AMS-02探测器能够精确区分宇宙线中带电量从1到大于26的各种核素成分。在宇宙线核子测量方面,硼碳的能谱比率是限制宇宙线传播模型参数最为关键的测量。本论文利用AMS-02两年半内获取的数据,对0.5GeV/n到670GeV/n能区范围内宇宙线的硼碳比率进行了测量。  飞行时间探测器(TOF)是AMS-02的一个重要子探测器。它用于AMS-02触发信号的产生;并为实验提供精确的速度测量,以及精确的电荷测量。随着刻度和重建方法的改进,在轨TOF探测器表现出良好的性能。在时间测量方面,飞行时间探测器的测量精度对于碳达到了48ps。在电荷测量上,对于碳原子核一块闪烁体的测量精度达到了0.16个电荷单位;结合4层闪烁体的测量,为AMS-02探测器提供最佳的电荷分辨。论文详细论述了本人对AMS-02 TOF探测器的刻度、模拟和重建工作的研究和成果。这部分工作是AMS-02实验进行各种物理测量的基础。  探测器有效曝光时间计算是各种能谱测量的重要环节。由本人负责开发的AMS-02曝光时间计算软件及数据库为合作组提供准确、可靠的探测器曝光时间信息。这对于硼碳比率的测量也同样具有重要意义。宇宙线的硼存在着10B和11B两种同位素。由于地磁场截止刚度的影响,导致了在低能区10B(12C)和11B曝光时间的不同。  除以上内容外,在硼碳比率的分析上,还对以下主要部分进行了分析。利用第一层径迹探测器设计对本底、选择效率进行估计;通过不同探测器的能量测量对硼的同位素成分加以限定;在接收度的分析方面,对触发效率、径迹重建效率、以及核子在探测器中的碎裂进行估计;对能量分辨对探测结果带来的影响进行了修正。  该硼碳比率测量结果是目前国际上最为精确、完整的测量结果,并作为AMS-02官方结果在2013年宇宙线大会上公布。测量显示硼碳比率从1GeV/n至670GeV/n呈总体下降趋势。相较之前的HEAO和AMS-01实验,测量比率随能量的下降更为平缓,比率整体偏高—比例从1GeV/n的约1%上升到20GV的将近10%。
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