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暗物质粒子探测卫星“悟空”号简介
发布时间:2017-11-23 来源: 【字号:  

  暗物质粒子探测卫星(英文简称DAMPE)“悟空”号是我国首颗空间天文卫星。它计划通过在空间观测高能电子(包括正电子)和伽玛射线能谱,来寻找暗物质粒子的存在证据,并开展宇宙射线起源及伽马射线天文方面的相关研究。暗物质粒子探测有效载荷由4个子探测器及载荷数管构成,其中包括塑闪阵列探测器PSD、硅阵列探测器STK、BGO量能器、中子探测器NUD。载荷各部分协同工作以完成科学目标和工程物理指标,载荷各部分功能如下:

  塑闪阵列探测器主要是为了用于区分入射高能电子(带电粒子)和光子(非带电粒子),鉴别入射高能重离子(Z=1~26)的种类。塑闪阵列探测器分系统有效探测面积为825×825mm2,整个分系统由两层,共82个X、Y方向相互垂直放置的塑闪单元模块组成,其中78个塑闪单元模块的尺寸为884×28×10mm3,另外4个塑闪单元模块的尺寸为884×25×10mm3。塑闪探测器探测单元的两端采用光电倍增管将光信号转换为电信号再进一步处理。

  硅阵列探测器采用高位置分辨的硅微条探测器,主要目的是为了测量入射粒子的方向,区分电子(带电粒子)和伽玛(非带电离子),同时也用于测量高能核素。硅阵列探测器由6大层硅微条探测器构成,每大层由XY排列的两小层组成,每层实现空间上X、Y的定位。硅阵列探测器探测器面积为800×800mm2。硅阵列探测器配置要求放置三层钨板作为Gamma光子的转换介质。为实现粒子电荷的区分,特别是区分Gamma和电子,硅微条探测器间布置了3块钨板用于将光子转换为电子,钨板厚度为1mm。

  BGO量能器为全吸收型电磁量能器,其主要目的是为了测量宇宙线粒子,尤其是高能电子和伽玛射线的能量(5GeV-10TeV),同时根据强子簇射和电磁簇射在量能器中的横向展开和纵向发展的不同,进行粒子鉴别,以剔除高能强子(主要是质子)本底。BGO探测器主要由308根BGO晶体构成,其探测面积约为600mm×600mm。BGO量能器共分为7大层,每大层由XY两小层构成,形成一个XY坐标的测量。每小层22个探测器单元,每个探测单元(BGO晶体)为25 mm×25 mm×600mm。

  中子探测器是为了测量宇宙线中的强子(主要为质子)与中子探测器上层的物质发生作用产生的次级中子,根据这些中子在探测器内的能量沉积,可以判断入射粒子的类型,配合BGO探测器来进一步区分质子和电子。中子探测器采用厚度为10 mm的掺硼(B)的塑料闪烁体探测器。

 

暗物质粒子探测卫星机械机构图

    暗物质粒子探测器的每种探测器输出的信号均由相应的前端电路来进行读出。在暗物质粒子探测器中BGO量能器和塑闪阵列探测器中前端电路称为FEE(即Front End Electronics),硅阵列探测器中前端电路由前端ASIC混合读出板FEH和数据读出控制模块TRB构成,中子探测器中,前端电路由中子处理板构成。前端电路负责采集光电探测器的模拟信号、数字化打包后发送给载荷数管。

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