[论文解读] Glass-based charged particle detector performance for Horizon-T EAS detector system

Alisher Duspayev, Мurat Yessenov+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2017

Particle Detector Development and Performance参考文献 12被引用 7

一句话总结

本文提出一种基于玻璃的带电粒子探测器，专为天山地区霍拉izon-T广延空气簇射（EAS）探测系统设计，采用快速响应闪烁玻璃以提升超高能宇宙射线探测的分辨率。通过仿真与闪烁体数据对比，该探测器实现了稳定的脉冲响应并完成校准，展现出可靠的单粒子响应及宽动态范围，适用于高精度EAS测量。

ABSTRACT

An implementation of a novel of glass-based detector with fast response and wide detection range is needed to increase resolution for ultra-high energy cosmic rays detection. Such detector has been designed and built for the Horizon-T detector system at Tien Shan high-altitude Science Station. The main characteristics, such as design, duration of the detector pulse and calibration of a single particle response are discussed.

研究动机与目标

• 提升霍拉izon-T EAS探测系统中超高能宇宙射线（UHECR）探测的角分辨率与能量分辨率。
• 开发一种基于玻璃的带电粒子探测器，具备快速响应与宽动态范围，以改进EAS簇射重建。
• 利用经实验闪烁体测量验证的仿真方法，校准玻璃探测器的单粒子响应。
• 通过脉冲宽度与信号响应特性表征，评估探测器性能，以实现其在霍拉izon-T阵列中的集成。

提出的方法

• 采用快速响应闪烁玻璃作为活性材料，设计并构建基于玻璃的带电粒子探测器。
• 使用蒙特卡洛仿真模拟探测器响应，并与闪烁体探测器的实验数据进行对比以验证性能。
• 通过脉冲波形分析，确定单个带电粒子引起的信号持续时间与幅度。
• 利用模拟的能沉积与时间响应轮廓，对探测器的单粒子响应进行校准。
• 将模拟的玻璃探测器输出与实测的闪烁体探测器数据进行对比，以验证仿真模型。
• 最终性能评估以表格形式总结，包括脉冲宽度、信号幅度与动态范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 与传统闪烁体探测器相比，基于玻璃的探测器在时间响应与幅度特性方面表现如何？
• RQ2 在模拟条件下，该玻璃探测器可实现的单粒子响应分辨率与动态范围是多少？
• RQ3 该仿真模型在多大程度上准确再现了实验闪烁体数据，以用于验证？
• RQ4 探测器在不同粒子能量与入射角度下，其信号输出的稳定性与可重复性如何？

主要发现

• 该玻璃探测器的脉冲宽度约为10 ns，表明其具有快速的信号响应，适用于EAS探测中的高精度时间测量。
• 仿真结果与实验闪烁体测量数据高度一致，验证了用于玻璃探测器性能评估的仿真模型的可靠性。
• 探测器在信号响应方面展现出宽动态范围，可实现对宽能谱粒子的有效探测。
• 单粒子响应在仿真中已精确校准，多个事件中表现出一致的幅度与时间特性。
• 最终性能总结表格确认了该探测器适用于集成至霍拉izon-T EAS系统。