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本文是基于在中科院高能物理所宇宙线τ中微子探测器(CRTNT)实验组的设计及标定工作展开的。
全文共分三部分内容，第一部分首先简单介绍了宇宙线及中微子天文的背景知识，然后重点介绍了CRTNT实验的物理意义及其预期目标。第二部分详细讨论了CRTNT的结构设计和光学设计及其检验。第三部分就CRTNT所采用的Photonis公司制造的XP3062/FL型的光电倍增管的各种性能参数做了详细的研究。
近年来，极高能宇宙线取得了许多重要成果。但还存在有许多令物理学界困惑不解的问题，如E-3幂律谱上0.1EeV附近“第二膝区”的拐折点背后的物理意义一直没有很好的解释。世界上有许多大的实验工作在这一能区，但各个实验的结果并不相一致，有的甚至得出相反的结论。这里面有一个很重要的影响因素就是各实验的能量标定精度无法比较。为了解决这一问题，中国科学院高能物理研究所曹臻研究员提出了宇宙线τ中微子望远镜实验(CRTNT)，测量sub-EeV能区的宇宙线和极高能区τ中微子。
为了提高CRTNT的观测性能，应充分优化前期的设计，提高光学器件的检验精度，而且要对重要的元器件——光电倍增管(PMT)的各参数有详细的了解和标定。本文把模拟手段应用于结构与光学的优化设计，首先建立一套模拟程序，经过反复调整望远镜各部分参数，使探测器有效面积、光斑一致性等各种性能得到很大提高。此外本文发展了多种光学检验方法，解决了在大尺寸、非接触条件下光学镜面的曲率半径、粗糙度等检验难题。最后，本文充分考虑真实实验条件，对光电倍增管做了细致准确的标定。这些设计、检验、标定工作和结果对CRTNT测量宇宙线方向、能量计算都有着很重要的意义。