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为了研究“膝”区宇宙线的化学组成和单成分能谱,我们设计开发了一种新型探测器:广延大气簇射轴芯探测器(YAC)。该探测器由3.5厘米厚的铅板和闪烁体探测器组成。闪烁体探测器用于测量广延大气簇射轴芯的高能电磁成分在铅板产生的电磁级联大小(记为Nb)。
针对我们的实验目的,我们对闪烁体探测器进行了结构设计,材料选型和性能检测等步骤。此外,我们还利用北京正负电子对撞机直线加速器的电子束流对探测器样机进行了严格的标定,包括探测器中两个不同型号的光电倍增管的线性范围和所用闪烁体的饱和效应。
2009年4月1日,由16台探测器组成的第一期实验YAC-I阵列成功安装在海拔4300米的西藏羊八井中日国际合作ASγ阵列的中心。并与已经运行的广延大气簇射阵列(Tibet—Ⅲ)作为联合实验一起运行,用以检验高能强相互作用模型。截止到2010年2月27日,共计运行333天,得到有效数据文件860个(相当于215天),有效观测时间187.05天。数据统计量已经达到实验要求。
针对16台探测器的实验数据,我们开发出了一整套完善的原始实验数据重建方法,包括噪声处理,数据衔接和一致性标定等。该方法完全可以用于将来100台甚至400台探测器阵列的原始数据重建。特别是一致性标定方法对于其他类型的宇宙线探测器阵列的一致性标定也有很好的指导意义和参考价值。
针对高能强相互作用模型检验这一目的,我们进行了大量的计算机蒙特卡洛模拟。通过模拟我们找出了探测器阵列中测得簇射极大值:Nbtop;表征广延大气簇射轴芯能量的∑Nb;表征广延大气簇射平均横向分布的NbRw等物理参量。为了从实验数据中筛选出广延大气簇射轴芯事例,我们通过模拟得到了合理的判选条件。经过该判选条件筛选的实验数据已经和计算机蒙特卡洛模拟的初步结果进行了比较。初步分析结果显示,现有的QGSJET与SIBYLL等模型给出了与实验符合的∑Nb谱,Nbtop谱形。其它物理量分布,实验与模拟在误差范围内也基本一致。