论文部分内容阅读
光电倍增管(PMT)是一种非常灵敏的光探测器件,能够探测到单个光子,自被发明到现在已有几十年的发展历史。光电倍增管接受外界输入的光信号,通过光电效应将光子转化成光电子,并利用倍增极对电子数进行倍增后输出电信号。PMT在粒子物理实验中得到广泛应用,其性能参数是影响实验精度的重要因素,因此需要对其性能参数进行精确测量和标定。大型高海拔空气簇射观测站(LHAASO)是由宇宙线探测实验,其主探测器列阵KM2A中也使用到光电倍增管。山东大学自2009年开始参与LHAASO实验,承担着为LHAASO实验测试5000支光电倍增管的任务,搭建了光电倍增管性能参数批量测试系统。经过一段时间的建设,光电倍增管性能参数批量测试系统运行稳定,而且具备了完备的测试功能,能实现单光电子峰、高压响应、均匀性、非线性、暗电流计数率等的测试,完全满足LHAASO实验的需求。并且测试系统能够实现16支光电倍增管的同时测试,大大提高了测试效率。光电倍增管性能参数批量测试系统软硬件搭建完毕后,为进一步保证测试结果的稳定、可靠,应将系统的测试误差尽可能的降至最低,为此对测试系统的各个部分进行了标定。首先,对测试系统LED光源进行了标定,LED光源的标定包括其长时间工作的稳定性测试和温度对LED光源发光强度的影响测试,测试结果表明LED在持续2个小时的的发光情况下,保持较高的稳定性,发光强度变化在4%以内；温度对LED发光强度有较大的影响,LED发光强度随着温度升高而减弱,温度从10℃升至40℃,发光强度变化8%。其次,对VME插件QDC (CAEN-V965)进行了标定,使用示波器和QDC两种方法分别去测试方波信号的电荷量,由于示波器对特殊信号(方波)的测试结果精确度较高,所以用示波器的测试结果去标定QDC,实验得到了QDC每一个channel所对应的每一道所代表的电荷量的精确值。再次,对测试暗箱中的16个PMT放置位置处的光强进行了相对标定,测试得到暗箱中的16个位置中绝大多数光强都很接近,个别位置处光强过强或过弱。最后,测试了PMT动态范围和暗噪声计数率,使用结合改变LED发光强度和距离的方法,实现了在较大范围内PMT线性区间的测试；实验测试了暗噪声计数率,主要测试暗噪声计数率随阈值的变化和暗噪声计数率随PMT工作增益的变化,工作增益越高PMT暗噪声信号越强,如工作增益在106时,阈值设置在-3mV时,暗噪声计数率在100Hz以下,而增益为107时,阈值设置在-15mV时才能保证暗噪声计数率在100Hz以下。PMT的环境效应研究主要包括温度效应测试和PMT地磁效应测试。首先,测试温度对PMT的影响,其中包括温度对光电倍增管增益和暗噪声数率的影响。测试温度范围从5℃至45℃,结果显示PMT绝对增益随温度上升而下降,下降幅度约为0.3%/℃；暗电流计数率随温度的上升而上升,尤其是当温度超过30℃时,暗噪声计数率随着温度上升开始急剧的增加,增长速度明显高于之前。其次,测试了地磁场对PMT的影响,主要包括地磁对单光电子峰的影响、对多光电子情况的影响,以及不同工作高压下受地磁场影响的大小,并且进一步采取磁屏蔽措施后对光电倍增管的地磁效应进行了测试,以查看磁屏蔽效果。测试结果显示地磁场对PMT信号的影响可达10%,并且工作增益越高受地磁影响越大,最后采取磁屏蔽措施有效的规避了地磁场带来的影响。