宇宙线缪子数据分析
实验四 宇宙线缪子飞行时间测量实验报告
实验四宇宙线缪子飞行时间测量一、实验原理宇宙线缪子在穿过闪烁体时将沉积能量，从而产生信号。
缪子穿过两个相距一定距离的闪烁体产生的信号将会产生时间差，对这个时间差进行测量，再将两个闪烁体紧贴在一起，再次测量信号的时间差，将二者相减，就可以得到缪子飞过这段距离所用的飞行时间，进而得到缪子的速度。
二、实验内容及步骤1. 按图示中的A图搭建设备，两块闪烁体上下分开一米左右，测量A情况时间分布。
2. 按图示中的B图搭建设备，两块闪烁体紧贴在一起，测量B情况时间分布，估计两组探测器的固有时间差和时间分辨。
3. 测量闪烁体的三维尺寸，及A图中两块闪烁体的间距。
三、实验结果与思考1、当两个闪烁体紧贴在一起时：具体时间间隔记录如下：统计结果如下：统计直方图如下：2、当两个闪烁体相距1.11m时：具体时间间隔记录如下：统计结果如下：统计直方图如下：3、根据计算缪子射线的角度与其产生信号的时间差的关系大致为：t=(h/cosθ+h*tanθ)/v可得：cosθ=2*A*t/(A2*t2+1)(A=v/h)缪子的角分布为：I=I0*cos2θ故计数在不同时间差上的分布应该为：N=N0*(2*A*(t0-t)/(A2*(t-t0)2+1))2+N’用MATLAB中的cftool工具对两组数据进行拟合，可得：（1）当两个闪烁体紧贴在一起时：A=0.2087N0=5.083N’=1.551t0=1.152（2）当两个闪烁体相距1.11m时：A=1.986N0=3.832N’=2.41t0=1.229对于两组数据，θ=0，也就是计数最大点所对应的时间差分别为：t1=-1/0.2087+1.152=-3.640nst2=-1/1.986+1.229=0.725ns故缪子的飞行时间为：dt=t2-t1=0.725+3.640=4.365ns飞行速度为：dh/dt=1.11/(4.365*10-9)=2.54*108m/s可见缪子的飞行速度较为接近光速。
宇宙线粒子的发现与特性分析
宇宙线粒子的发现与特性分析宇宙线粒子是一种高能粒子，来自宇宙深处的宇宙射线的一部分。
它们是一种极其神秘而又令人着迷的物质，对于研究宇宙学和粒子物理学有着重要的意义。
本文将探讨宇宙线粒子的发现历程以及其特性的分析。
宇宙线粒子的发现可以追溯到20世纪初，当时的科学家们开始观测到地球上的高能粒子。
随着技术的发展，人们发现这些高能粒子并不仅仅是来自地球附近的天体，而是来自更远的宇宙空间。
这些高能粒子穿越宇宙空间，在其漫长的旅程中经历了各种相互作用，从而形成了宇宙线粒子。
宇宙线粒子具有极高的能量，远远超过地球上任何实验室中能够产生的能量。
它们的能量范围从几百亿电子伏特到数千亿电子伏特不等。
这种高能量使得宇宙线粒子在与物质相互作用时产生了许多有趣的现象。
首先，宇宙线粒子在与地球大气层相互作用时会产生次级粒子。
这些次级粒子包括伽马射线、中子、带电粒子等等。
它们会与地球上的物质相互作用，产生电离和激发，从而形成了一系列的物理过程。
这些物理过程对于地球上的生物体和电子设备都有一定的影响。
其次，宇宙线粒子的能量足够高，可以穿透地球大气层，进入地下。
这种现象被称为地下宇宙线。
地下宇宙线的存在为地下实验室的建设提供了可能。
科学家们利用地下宇宙线可以进行一系列的实验，研究宇宙线粒子的性质和相互作用规律。
此外，宇宙线粒子还可以用来探测宇宙中的黑洞和星系等天体。
当宇宙线粒子与黑洞或星系相互作用时，会产生高能伽马射线和中子等次级粒子。
通过观测这些次级粒子，科学家可以了解黑洞和星系的性质和演化过程。
宇宙线粒子的特性分析是宇宙学和粒子物理学的重要研究内容之一。
科学家们通过观测宇宙线粒子的能谱、角分布和电荷比等特性，可以推测宇宙线粒子的起源和演化过程。
例如，宇宙线粒子的能谱可以告诉我们宇宙线粒子的能量分布情况，从而推测它们的起源是来自恒星爆炸还是其他宇宙现象。
此外，宇宙线粒子的角分布可以揭示宇宙线粒子的传播方向，从而了解它们在宇宙中的运动轨迹。
高能粒子探测实验--实验报告3
高能粒子探测实验三：宇宙线μ子寿命测量张威震（清华大学 工程物理系 核21班）一、 实验目的1. 从真实的实验测量中理解微观粒子的寿命；2. 学习如何在数据拟合中扣除偶然符合本底。
二、 实验原理1. μ子寿命测量原理在前面的实验中，我们已经知道了缪子的衰变方式。
+e e e e μμμννμνν+--→++→++ (1)μ子的静止寿命约为2.2μs ，静止衰变时放出的电子的动能分布为0~53Mev ，平均值为37Mev ，衰变时间成指数分布。
缪子有较强的穿透能力，对于实验室中使用的大约50 cm 厚度的闪烁体，有1%的缪子能量较低（动能<100 MeV ），大约为5个/分钟，由于它们在闪烁体中的电离能损，将损失其全部动能，最终停止在闪烁体内部。
通过测量初始缪子进入闪烁体的信号和衰变产物的电子在闪烁体内发出的第二个信号之间的时间差，可以测量缪子的平均寿命。
2. μ子寿命的拟合使用示波器测量μ子触发信号和延迟电子信号之间的时间差，计算你平均时间，可以做出μ子寿命的粗略估计。
由于μ子的寿命，即衰变时间服从指数分布，所以可以将测量得到的时间差做出统计直方图，然后用最小二乘法做指数拟合。
三、 实验内容 实验装置如下图所示。
图 1 实验装置来自宇宙射线的μ子进入闪烁体中，触发信号，μ子衰变产生的电子产生延迟信号，信号经过PMT 输入示波器被检测到，通过测量触发信号和延迟信号的时间间隔，就可以通过指数拟合得到μ子的寿命。
四、 实验结果实验测量时，在示波器显示屏上固定触发信号的位置，将示波器横轴分成若干个区间，通过统计各个区间中的计数，可以直接得到各个区间内的计数，方便数据处理。
实验数据如下表。
表 1 实验统计数据Time Delay(μs)Count [0,1] 152 [1,2] 121 [2,3] 88 [3,4] 65 [4,5] 58 [5,6] 50 [6,7] 36 [7,8]41利用最小二乘法集合实验数据，每一个矩形直方内预期的计数为n i ，有0it i n A ey τ-=⋅+ (2)其中t i 是矩形内平均时间，A ，y 0为带你和常数，A 是信号部分指数分布前的归一化因子，y 0是常数本底项，描述偶然符合本底，τ是待测缪子寿命。
宇宙线探测实验数据分析-IHEP
宇宙线探测实验数据分析1陈松战chensz@中科院高能物理研究所9月10-14日“粒子物理数据分析基础和前沿研讨会”@IHEP内容一、宇宙线入门宇宙线基本知识宇宙线研究的物理问题 EAS 及其探测中国宇宙线实验发展历史小结二、EAS 阵列宇宙线数据分析基础实验数据的仿真模拟 实验数据的刻度 数据的重建 成分鉴别数据质量监测（月影与标准烛光Crab ）小结2三、天体源相关数据分析几个坐标系 背景估计 天图分析显著性估计伽马/质子鉴别品质因子 流强估计能谱拟合 小结四、几个物理分析实例GRB 的寻找 全天区扫描 扩展源分析 AGN 的监测宇宙线各向异性分析 日地空间磁场的测量 小结总结一、宇宙线入门3宇宙线基本知识宇宙线研究的物理问题EAS及其探测中国宇宙线实验发展历史1.1 宇宙线基本知识41912年﹐奥地利物理学家Hess乘坐气球五千米高空发现空气电离率升高，说明由地球外辐射（宇宙线）引起。
HESS result宇宙线的发现（1912）5宇宙线全粒子能谱宇宙线的能量从109到1021eV，跨越10多个量级，呈现一个简单的幂律形式，这表明其非热谱性质。
宇宙线：主要为核子，约87%质子，12%α粒子（氦核子），少量锂﹑铍﹑硼、碳﹑氮﹑氧等原子核﹐以及电子、γ射线和中微子。
气球和卫星实验EAS实验LHC6宇宙线能谱全粒子谱几个显著特征：4x1015eV ‘膝’4x1017eV ‘第二膝’1019eV ‘踝’1020 eV ‘GZK 截断’GZK膝踝1.2 宇宙线相关的物理问题7早期在基本粒子方面成果：正电子（1933）、µ子（1937）、π介子（1947）、K介子（1948）、Λ（1951）、Ξ重子（1952）和∑（1953）等。
现在研究内容转向天体物理，主要围绕三个基本问题：起源：宇宙线起源于何处？河内or河外？超新星？AGN？GRB？加速：宇宙线是如何被加速的？传播：星系间介质作用？星际磁场作用？与EBL，CMB作用？宇宙线的起源8宇宙线的起源是所有问题的核心，被称为“世纪之谜”。
别问啦～缪子实验的现状及发展前景在这呢
别问啦～缪子实验的现状及发展前景在这呢展开全文|作者：唐健1李亮2袁野3,4,†(1 中山大学)(2 上海交通大学)(3 中国科学院高能物理研究所)(4 中国科学院大学)本文选自《物理》2021年第4期摘要寻找超出标准模型的新物理是当前粒子物理学最重要的任务之一。
缪子物理实验，包括带电轻子味道破坏，缪子反常磁矩和电偶极矩，缪子素到反缪子素转换等是高强度前沿新物理研究的热点领域。
文章介绍了国际上在这一领域开展实验的现状和展望，特别的，介绍了未来在中国开展相关实验的前景。
关键词缪子物理，带电轻子味道破坏，缪子反常磁矩，电偶极矩，缪子素01引言粒子物理标准模型理论认为物质世界由三代夸克、三代轻子和传递相互作用的玻色子组成。
标准模型自建立以来在描述强相互作用、电磁与弱相互作用现象方面经受住了全球粒子物理学家使用各种高精度实验测量发起的极限挑战，理论计算结果与实验观测结果几乎完美符合。
随着希格斯(Higgs)粒子在大型强子对撞机(LHC)上的发现[1]，标准模型预言的所有基本粒子都已在实验中观测到，这毫无疑问宣告了标准模型的巨大成功。
但是标准模型远远称不上完美，一些重大基础问题在标准模型的框架内难以解决或者给出解释，比如：规范等级问题(gauge hierarchy)，费米子味疑惑(flavor puzzle)，以及是否存在强、电磁与弱作用的大统一理论，等等。
尤其是标准模型的CP破坏机制不足以解释宇宙中正反物质不对称性，它也不能提供暗物质的候选粒子，不包括暗能量。
因此寻找超出标准模型的新物理，成为当前粒子物理学最前沿和最重要的课题之一。
粒子物理学在三个研究前沿开展着新物理的寻找工作：高能量前沿、高强度前沿和宇宙学前沿。
高能量前沿使用不断提高的质心系能量，通过观测极高能量下粒子相互作用的过程和产物，通过发现新的粒子和作用过程来寻找新物理的直接证据。
典型代表是LHC以及未来拟建设的环形正负电子对撞机(CEPC)和国际线性对撞机(ILC)等大型粒子对撞机上的实验；高强度前沿则在相对低的能量区间使用不断提高的束流强度，在极高强度下获得大统计量的数据样本，利用不断突破极限的精确测量去寻找新物理模型预言的稀有过程，通过高精度测量粒子和相互作用的基本物理参数对标准模型预期值进行验证，从而掲示在极高能标处的新物理规律。
缪子束技术问题回答
缪子束技术一、缪子束技术简介缪子束技术是一种用于非破坏性检测的高能物理探测技术，利用自然界存在的缪子进行探测。
该技术具有高分辨率、无损检测等优点，在地质勘探、核物理实验和安全检查等领域得到广泛应用。
二、缪子束的来源缪子是宇宙射线中的一种粒子，主要来自于宇宙线与大气层中原子核的相互作用。
在这个过程中，高能宇宙射线撞击大气分子时会产生次级粒子，其中包括了缪子。
三、缪子束探测器1. 探测器构成缪子束探测器主要由闪烁体、光电倍增管和数据采集系统组成。
闪烁体是一种能够发出光信号的物质，当缪子穿过闪烁体时会产生荧光，并被光电倍增管接收并放大。
数据采集系统则用于记录并分析探测器接收到的信号。
2. 探测原理当缪子穿过闪烁体时，会与其中的原子核或电子发生相互作用，从而产生荧光。
这些荧光被光电倍增管接收并放大后，就可以通过数据采集系统进行记录和分析。
四、缪子束技术的应用1. 地质勘探缪子束技术可以用于地下矿藏的探测和勘探。
由于不同矿物质的密度不同，因此缪子束技术可以利用缪子在地下穿过不同密度的岩石时发生的散射和吸收来确定地下矿藏的位置和大小。
2. 核物理实验缪子束技术可以用于核物理实验中的粒子探测。
在高能物理实验中，缪子是一种常见的次级粒子，可以通过缪子束技术进行探测和分析。
3. 安全检查缪子束技术还可以用于安全检查领域。
例如，在边境安全检查中，可以利用缪子束技术对车辆或行人进行非侵入式检测，以发现可能存在的危险品或非法物品。
五、未来展望随着科学技术的不断进步，缪子束技术将会得到更广泛的应用。
例如，在医学领域中，缪子束技术可以用于对人体进行非侵入式检测，以帮助医生进行疾病诊断和治疗。
此外，缪子束技术还可以用于建筑物结构的检测和评估，以提高建筑物的安全性和可靠性。
六、总结缪子束技术是一种基于高能物理原理的探测技术，具有高分辨率、无损检测等优点，在地质勘探、核物理实验和安全检查等领域得到广泛应用。
随着科学技术的不断进步，缪子束技术将会得到更广泛的应用，并在未来发挥更加重要的作用。
基于机器学习算法的四角读出型塑料闪烁体探测器缪子定位与散射成像的模拟研究
基于机器学习算法的四角读出型塑料闪烁体探测器缪子定位与散射成像的模拟研究何列;罗思远;张海峰;肖万成;王晓冬【期刊名称】《核电子学与探测技术》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】宇宙线缪子是存在于自然界中一种穿透力极强的天然射线。
目前主流的缪子探测器包括气体探测器和塑料闪烁体条探测器,虽然它们具有高精度,但成本较高且结构复杂。
本研究基于四角读出的塑料闪烁体探测器,利用长短时记忆网络(LSTM)算法和密度聚类的DBSCAN算法的定位。
使用Geant4仿真软件构建大面积(800 mm×800 mm)的四角读出塑料闪烁体缪子成像系统,对模拟数据实现缪子位置重建与成像结果。
首先,采用LSTM算法作为探测器上的缪子定位方法,通过与实验中已获得的400 mm×400 mm探测器重建入射位置图像的结果比较以验证本研究模拟方法的可靠性,结果表明,模拟得到的位置分辨可达到厘米级。
其次,利用DBSCAN算法对钨块构建的“U”“S”“C”三种形状模型的PoCA散射成像结果进行聚类优化,实现对钨块成像点与噪点的区分,使得成像结果更有区分度,为缪子探测器系统的构建提供新的思路与方向。
【总页数】9页(P253-261)【作者】何列;罗思远;张海峰;肖万成;王晓冬【作者单位】南华大学核科学技术学院;先进核能技术设计与安全教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TP399【相关文献】1.用于新型塑料闪烁体阵列探测器的多通道前端读出电子学设计2.基于~6LiF/ZnS （Ag）闪烁体波移光纤读出中子探测器模拟研究3.深空探测用塑料闪烁体阵列式缪子探测器电子学采集系统设计4.宇宙线缪子传统散射成像算法与模拟研究5.塑料闪烁体阵列探测器读出ASIC中峰值保持电路的设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
实验一报告_利用闪烁体观察高能宇宙线粒子信号
实验一利用闪烁体观察高能宇宙线粒子信号一、实验原理高能宇宙线粒子（主要为缪子）在通过闪烁体时，将会在闪烁体内沉积能量，这会使得闪烁体物质中的价电子跃迁到更高的能级，随后再跃迁回原来的能级，并且放出光子。
这些被放出的光子通过光导打到了光电倍增管的光阴极上，并按一定概率通过光电效应打出光电子。
光电子会飞向光电倍增管的第一打拿极并被收集，随后发射出更多的电子，这些电子又将被下一个打拿极收集，并在之后发射出更多的电子。
这个过程不断重复，于是电子就在光电倍增管的打拿极系统中逐级传输并且不断倍增。
当倍增后的电子在最后一个打拿极和阳极间运动时，相应的输出回路上会生成电信号，这些电信号将被电子仪器（如示波器）记录和分析，从而得到探测结果。
二、实验内容及步骤1. 认识实验设备，包括光电倍增管（PMT），闪烁体，光导，高压和示波器；2. 搭建高能宇宙线粒子探测装置，为PMT加高压；3. 学习示波器的使用，观察PMT脉冲波形；4. 学习PMT对高压的响应。
；5. 热噪声和余波（afterpulse）等的识别及特性观察实验结果与思考。
三、实验结果与思考1、波形观察与分析经过调节，在示波器上得到分别由两个闪烁体探测器所产生的如下两个波形：可见1通道波形的特征前沿时间为4.130ns，后延时间为23.72ns，宽度为10.17ns，基线幅度约为20mV；2通道波形的特征前沿时间为4.071ns，后延时间为24.16ns，宽度为8.865ns，基线幅度为-20mV。
2、最小信号脉冲幅度由于噪声的存在，在示波器上能看到的最小信号脉冲幅度大概为20mV，更小的信号将会被淹没在噪声中，无法被识别。
3、单光电子对应的信号幅度根据估算，单光电子对应的信号幅度大概为：R*Q/τ=R*e*M/τ=50*1.6*10-19*1*107/(7.2*10-9)=0.011V=11mV4、噪声信号判断当其中一个通道中有信号，另一个通道中无信号时，则该信号很可能不是由宇宙线粒子所产生的，可以认为其为噪声信号。
宇宙线μ子寿命测量的简化方法
１ 实验装置
ＮａＩ（Ｔｌ）是实验室常用的闪烁体探测器之一，密 度大，平均原子序数高，发光效率大，对射线有较强 阻止本领 ［６，７］．本实验使用的是圣戈班公司生产的 ＮａＩ（Ｔｌ）探测器，捕捉阻停的 μ 子信号及其随后的
图 １ μ 子寿命测量实验装置及原理图
； 收稿日期： 修回日期：
２０１７ － ０５ － １６
２０１８ － ０４ － １７
作者简介：田怡（ — １９９２ ），女，贵州铜仁人，北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，硕士，粒子物理与原子核物理专业，
通信作者：孙保华， ：
Ｅ－ｍａｉｌ ｂｈｓｕｎ＠ ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ
第 １０ 期
田 怡，等：宇宙线 μ 子寿命测量的简化方法
在宇宙线研究中首次观测到
μ
子
次 年， ［１］．
Ｊ．
Ｃ．
Ｓｔｒｅｅｔ 和 Ｅ． Ｃ． Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ 在云室中确认了这个质量
在电子和质子之间的粒子的存在 ［２］．μ 子是太空中
的初级宇宙射线与大气层中的原子核发生反应产生
的，μ 子衰变产生电子和中微子．目前已知 μ 子带有
一个 单 位 的 电 荷，质 量 为 １０５． ６５８ ，自 旋 ＭｅＶ ／ ｃ２
记录的信号计数率大约为 ０．０２ Ｈｚ，每组实验测量时
间在 ３８ ｈ 左右．
３ 数据分析
பைடு நூலகம்
３．１ ＴＡＣ 时间刻度
为了获取准确的时间信息，需要对 ＴＡＣ 进行时
间刻度．本实验中利用插件 ＯＲＴＥＣ ４６２ 来进行时间
刻度．根据 ＭＣＡ 记录的 ＴＡＣ 输出信号的幅度（道址
器利用 延 迟 符 合 方 法 测 量 衰 变 时 间 分 布，成 本 较
实验三 宇宙线缪子寿命测量
实验三宇宙线缪子寿命测量一、实验原理由于缪子的衰变时间服从指数分布，所以使用示波器测量缪子触发信号和延迟信号之间的时间差，将测得的时间差做出统计直方图，用最小二乘法做指数拟合，就可以测出缪子的寿命。
在本次实验中，缪子进入闪烁体后产生触发信号，而其衰变产生的电子或正电子将产生延迟信号，这两类信号将通过PMT输入示波器中。
这样，我们便可以测量这触发信号和延迟信号的时间差，进而通过绘制统计直方图并进行指数拟合的方式得到缪子的寿命。
二、实验内容及步骤1. 检查已连接好的设备，利用示波器观察采集5分钟信号，总时间宽度为30s，检查信号情况，查看是否有延迟的衰变电子的信号，事例率是否与预估结果相近。
2. 利用示波器测量缪子触发信号和延迟电子信号之间的时间差，计算平均时间，做寿命测量的粗略估计。
3. 采集50-60分钟数据，利用示波器测量时间，做统计直方图。
4. 利用最小二乘法拟合实验数据。
三、实验结果具体时间间隔记录如下统计结果如下：统计直方图如下：使用MATLAB中的Curve Fitting Tool进行拟合，结果如下：General model:f(x) = a*exp(-b*x)+cCoefficients (with 95% confidence bounds):a = 12.54 (10.09, 15)b = 0.4673 (0.3316, 0.6031)c = 1.126e-08 (fixed at bound)Goodness of fit:SSE: 3.572R-square: 0.9381Adjusted R-square: 0.9278RMSE: 0.7715可得缪子寿命τ=1/b=1/0.4673=2.14μs，与缪子的静止寿命较为接近。
四、实验思考1. 如何初始检查信号的质量？将PMT输出的信号直接输入示波器中进行观察。
2. 如何利用最小二乘法去寻找参数的最优值？可以对计数取对数，然后利用最小二乘法进行直线拟合，就可以比较简单地得到最优的参数。
宇宙射线缪子能量
宇宙射线缪子能量
宇宙射线缪子（Muon）是一种带电粒子，它们产生于宇宙射线中。
宇宙射线缪子的能量范围非常广泛，从数兆电子伏特（MeV）到数百吉电子伏特（GeV）不等。
以下是一些有关宇宙射线缪子能量的一般信息：
1.低能宇宙射线缪子：
•低能宇宙射线缪子通常指能量在数兆电子伏特到数十兆电子伏特的缪子。
它们可能是由于宇宙射线与大气层中的
分子碰撞产生的。
2.高能宇宙射线缪子：
•高能宇宙射线缪子的能量可能超过数十吉电子伏特，甚至更高。
这些缪子通常源自于宇宙中高能过程，例如超新星
爆发、黑洞活动等。
3.宇宙射线谱：
•宇宙射线缪子的能谱是一种显示它们在不同能量范围内出现频率的图表。
射电观测和实验室实验对于确定宇宙射
线缪子的能谱提供了重要的信息。
4.实验探测：
•为了研究宇宙射线缪子，科学家们使用地下实验室、水中或冰中的探测器，以及宇宙射线望远镜等设备来探测和测
量这些缪子。
宇宙射线缪子研究对于了解宇宙的高能过程、宇宙射线的起源和
性质等方面具有重要意义。
不同能量的宇宙射线缪子提供了关于宇宙中不同物理过程的信息，这有助于推动天体物理学和粒子物理学的研究。
实验二 宇宙线粒子计数测量
实验二宇宙线粒子计数测量一、实验原理在本次实验中，两个PMT连接着同一块闪烁体，它们所输出的信号将分别经过两个甄别器的甄别，随后再进入符合电路。
如果宇宙线粒子在闪烁体中沉积能量，那么两个PMT 将会同时输出信号，如果两个信号的幅度均大于甄别器的阈值，那么两个甄别器将会同时输出脉冲信号，这将使得符合电路输出一个脉冲信号。
如果将甄别器输出的信号直接接入计数器，就可以得到闪烁体单端读出计数。
如果将符合电路输出的信号接入计数器，就可以得到闪烁体双端符合计数。
利用闪烁体的单端读出计数和双端符合计数，就可以计算出偶然计数率和宇宙线粒子计数率。
二、实验内容及步骤1. 巩固对基本实验设备（PMT、闪烁体、示波器等）使用的学习，搭建实验设备。
2. 学习使用甄别器。
3. 利用调节甄别器阈值和PMT电压压低afterpulse。
4. 闪烁体单端读出计数。
5. 学习使用逻辑符合模块。
6. 闪烁体双端符合计数。
7. 理解并计算偶然计数率，宇宙线粒子计数率。
三、实验结果与思考1. 如何调整甄别器的阈值？甄别器的阈值可以通过调节相应的旋钮来进行调整。
2. 如何使用示波器进行计数？本实验中使用了计数器而非示波器来进行计数，如果要用示波器进行计数，需要调节示波器，使其显示总计数，再用秒表测量计数时间。
3. 为什么调节甄别器阈值和PMT 电压可以压低afterpulse？afterpulse信号相比于真实信号幅度较小，故如果调高甄别器的阈值，就可以减少过阈的afterpulse信号的数量，而如果调低PMT电压，则会使信号的幅度减小，同样能够减少过阈的afterpulse信号的数量。
4. 比较单端的计数率和双端符合的计数率。
单端计数率分别为n1=754.5min-1，n2=6637.8min-1；双端符合计数率为n c=660.6 min-1；其中n1和n c较为接近，而n2则远大于n1和n c，这是因为n2所对应的PMT的噪声特别大，导致其输出了很多幅度较大的噪声信号，使得n2中混入了很多的噪声计数。
宇宙射线μ子平均寿命测量的探测系统设计
三、设计（论文）的研究重点及难点： 重难点在设计原理上面，技术手段难以攻克。而且要求的仪器在本科阶段没
有过多接触，因而给以后的工作上带来不少麻烦。
四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 1、2016．11.30——2017.1.15 大量收集相关文献资料，完成有关阅读； 2、2017.1.16——2017.2.15 精读几篇重要文献，翻译一篇英文综述性文献； 3、2017.2.16——2017.3.15 所有文献综述和开题报告； 4、2017.3.16——2017.4.30 完成设计初稿的撰写； 5、2017.4.16——2017.5.15 对初稿反复修改，定稿； 6、2017.5.16——2017.5.30 制作 PPT,准备答辩。
分类号 UDC
密级 编号
毕业设计(论文)
题 目 宇宙线谬子平均寿命直接测量
探测系统的设计
学院名称
核科学技术学院
指导教师
谢安平
职称
副教授
班级
核物理 131 班
学号
20134380145
学生姓名
张文峰
2017 年 6 月 6 日
南华大学学位论文原创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。
谢安平 谢安平 肖德涛
2016 年 12 月 30 日
论文 (设计) 内容及要求：
一、 毕业设计（论文）原始依据 对缪子寿命测量具有重要物理意义。利用缪子寿命精确值来确定粒子物理标准
缪子衰变谱的测量实验报告
缪⼦衰变谱的测量澹泊且明志June5,20171实验目的本实验主要目的是了解缪⼦相关粒⼦物理基本知识和探测⽅法，测量缪⼦寿命以及其衰变产⽣电⼦的能谱。
2实验背景与电⼦相似，缪⼦(muon)是基本粒⼦之⼀，它带负⼀价基本电荷，自旋为1/2，符号为μ−，质量为105.658MeV/c2，约是电⼦质量的207倍。
卡尔∙安德森(Carl Anderson)在1936年研究宇宙射线时发现了缪⼦。
其反粒⼦为带正电的μ+。
在基本粒⼦分类表中，缪⼦和电⼦、τ⼦以及相关联的三种中微⼦⼀起被称为轻⼦，见图1。
缪⼦是不稳定的，其寿命τ≈2.197ms，这在粒⼦物理学中是比较长的寿命，实际上这是目前已知的亚原⼦尺度粒⼦中寿命第⼆长的，最长的是自由中⼦，其寿命约15分钟。
寿命较长的原因是其衰变过程是弱相互作用过程。
衰变⽅式如下：µ−→e+νe+νµµ+→e+νµ+νe1Figure1:基本粒⼦分类在历史上，缪⼦曾错误地被认为是汤川预⾔的⼀个介⼦，即在1947年被确定为140MeV的π介⼦。
后来⼈们研究发现，和其他介⼦普遍参加核⼒相互作用不同，缪⼦不参加核⼒强相互作用。
此外，在夸克模型中，介⼦由两个夸克组成，⽽缪⼦⽆内部结构。
再者，由于轻⼦数守恒，缪⼦衰变产物中总有中微⼦和反中微⼦，是三体衰变，⽽介⼦衰变产物中要么是中微⼦要么是反中微⼦，⼆者取其⼀。
带电的π介⼦衰变⽅式如下：π−→µ−+νµ三体衰变和两体衰变，产⽣电⼦能谱有很⼤的不同，如图2所示。
如果是两体过程，衰变产⽣的带负电粒⼦应是单能的，⽽三体应是⼀个连续分布。
实际上，研究π介⼦衰变的⼯作导致了⼈们发现中微⼦不⽌电⼦中微⼦这⼀种，还有缪⼦中微⼦。
π介⼦衰变产⽣的μ⼦极化⽅向与运动⽅向相反，在停⽌时保持其极化⽅向不变。
在飞⾏⽅向的前半球发射的衰变电⼦数目和向后半球的数目不同，因此违反了宇称守恒。
图3显示的是μ+衰变产⽣的正电⼦前向和后向发射的不对称。
关于缪子成像及元素成分详解
关于缪子成像及元素成分详解
缪子成像和元素成分分析是利用缪子这一基本粒子与物质相互作用的特点来进行的一种技术。
缪子是一种轻子，质量约为电子的207倍，它不稳定，半衰期约为2.2秒。
缪子主要来源于宇宙射线和加速器。
宇宙射线缪子是一种天然的探针，可以穿透物体并在其中产生二次粒子，如电子、光子等，从而实现成像。
加速器缪子则是由加速器产生的，强度高、能量可调，可以对物体进行快速成像。
缪子成像的原理是利用缪子与物质相互作用产生的次级粒子来探测物体的内部结构。
当缪子进入物体时，它们会与原子核和电子发生相互作用，产生正电子、电子、光子等次级粒子。
这些次级粒子在物体内部传播并被探测器探测到，从而形成图像。
由于不同类型的物质对缪子的相互作用不同，因此可以通过分析探测到的次级粒子来推断物体的元素成分。
缪子成像技术具有很多优点，如穿透能力强、无需放射源和防护措施等。
它可以用于各种领域的应用，如医学成像、工业检测、环境监测等。
此外，缪子成像还可以结合其他技术，如X射线成像、中子成像等，来实现更全面的成像和分析。
总之，有关缪子成像和元素成分分析的研究正在不断推进，特别是在加速器缪子成像和缪子原子X射线分析方面取得了一定的成果。
这些技术的发展将有助于提高我国在相关领域的科研水平和应用能力。
反应堆宇宙线缪子成像蒙特卡罗模拟研究
反应堆宇宙线缪子成像蒙特卡罗模拟研究以恒冠;岳晓光;曾志;于百蕙;赵自然;王学武;程建平;王义;曾鸣;罗志飞【期刊名称】《核电子学与探测技术》【年(卷),期】2014(000)009【摘要】宇宙线缪子成像可对第二代反应堆压水堆（ PWR）堆芯进行成像，即使在严重核事故下，常规方法无法监测时，仍可探知堆芯状态，了解堆芯情况。
论文基于PWR主要结构参数建立详细的模拟模型，通过Geant4程序进行模拟，对反应堆堆芯进行图像重建，并对图像进行降噪处理。
研究结果表明，宇宙线缪子可对堆芯高Z材料成像，核燃料轮廓清晰可见，利用大角度宇宙线缪子对PWR堆芯进行成像、对堆芯状态进行监控的方法可行。
若要实现这种方法，使用多个8 m×8 m的大面积位置灵敏探测器，在3个月内可以实现。
【总页数】4页(P1093-1096)【作者】以恒冠;岳晓光;曾志;于百蕙;赵自然;王学武;程建平;王义;曾鸣;罗志飞【作者单位】清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084;清华大学工程物理系，北京100084; 清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084【正文语种】中文【中图分类】O411.3;TL75【相关文献】1.宇宙线μ子散射成像技术研究进展 [J], 何伟波;肖洒;帅茂兵;赖新春;安琪2.大面积MRPC宇宙线缪子成像原型装置的研制 [J], 程建平;于百蕙;岳晓光;王学武;曾志;曾鸣;王义;赵自然;岳骞;罗志飞;以恒冠3.宇宙线μ用于反应堆燃料元件成像的尝试性模拟研究 [J], 谭新建;冯朝阳;谢一冈;姚泽恩;庞洪超;王红艳4.平行束缪子透射成像蒙特卡罗模拟 [J], 以恒冠;曾志;王学武;程建平;李君利5.宇宙线缪子散射成像模拟与算法研究 [J], 智宇; 于伟翔; 李笑梅; 周静; 陈雷; 李沛玉; 赵明锐; 刘雯迪; 贾世海; 张昀昱; 胡守扬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
宇宙线大气簇射μ子定点密度及原初能谱膝的研究
宇宙线大气簇射μ子定点密度及原初能谱膝的研究
宇宙线大气簇射μ子定点密度及原初能谱膝的研究
用梁王山宇宙线观测站的数据研究宇宙线大气簇射μ子定点密度谱,谱呈现明显的拐折. 通过Monte Carlo模拟,得到拐点对应的能量约为1.7×1015eV,拐点前后原初能谱指数差约为0.43,证实了KASCADE 实验μ子定点密度谱呈现拐折的首次观测结果,又一次推证了原初宇宙线能谱膝的存在.
作者：刘俊耿庆熹杨洪涛刘长钦张品高晓宇经才骝查敏荆贵茹朱清棋张增吴本韩作者单位：刘俊,耿庆熹,杨洪涛,刘长钦,张品,高晓宇(云南大学宇宙线研究所,昆明,650091)
经才骝,查敏,荆贵茹,朱清棋(中国科学院高能物理研究所,北京,100039)
张增(香港城市大学,香港)
吴本韩(香港教育学院,香港)
刊名：高能物理与核物理ISTIC SCI PKU英文刊名：HIGH ENERGY PHYSICS AND NUCLEAR PHYSICS 年，卷(期)：2003 27(2) 分类号：O4 关键词：μ子定点密度谱膝原初宇宙线能谱。
宇宙射线μ子探测裂变核材料的模拟研究
宇宙射线μ子探测裂变核材料的模拟研究
庞洪超;刘森林;王红艳;杨宏伟
【期刊名称】《辐射防护》
【年(卷),期】2011(31)2
【摘要】平均能量为3-4 GeV的宇宙射线μ子在海平面的通量约为1/
（cm2.min）,这些μ子有很强的穿透力,能够穿透目前常用的防护层。
μ子与物质作用主要发生小角度库伦散射,散射角与物质的原子序数有关。
利用μ子穿过不同物质时所产生的散射角不同来辐射成像,研究μ子的累计通量条件下,辨别低、中、高Z三类物质的可行性。
【总页数】4页(P72-75)
【关键词】宇宙射线μ子;μ子成像;裂变核材料;高原子序数材料
【作者】庞洪超;刘森林;王红艳;杨宏伟
【作者单位】中国原子能科学研究院辐射安全研究部
【正文语种】中文
【中图分类】O572.2
【相关文献】
1.宇宙射线μ子探测高Z材料的仿真研究 [J], 庞洪超;刘森林;王红艳;徐勇军;杨宏伟;王列民
2.美国开发出使用宇宙射线探测非法核材料的新装置 [J], 郭志锋
3.宇宙射线μ子探测裂变核材料的成像算法 [J], 王烈铭;王红艳;刘志英;杨宏伟;庞
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4.用于核材料检测的两种宇宙射线μ子位置灵敏探测器 [J], 罗炜;王红艳;陈凌;凌球;庞洪超;王茂枝;杨宏伟;徐旭涛
5.宇宙射线缪子核材料快速检测算法研究 [J], 钱祎剑;张立军;陈灵新;王冠鹰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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• 在没有对撞数据的情况下,可以利用海量的宇宙线缪子 数据来做一些相应的工作
缪子重建效率研究
• 缪子的在线,离线重建效率研究 • 主要方法: Tag-Probe • 不同系统之间
– Tracker-Muon – Global-Tracker – Global-Muon
• 缪子电荷的误判研究.
– 电荷的断定与探测器动量分辨有重要关系 – 缪子电荷的误判将对宇宙线缪子正负电荷比值产生重要影响 – 通过利用三个系统间(缪子系统, 径迹室系统及综合系统)径迹电荷关
系, 直接从数据中研究电荷误判情况
宇宙线缪子数据分析
陈明水, 张震
宇宙线缪子正负电荷比及绝对通量 的测量
• 自9月19日, LHC超导磁铁发生故障后,CMS探测器针对新 情况进行了调整. 计划进行新的宇宙线测试运行, 充分 调试探测器性能并进行一些物理研究.
• 利用已经在地下安装好的整个CMS探测器来测量大气中 宇宙线缪子正负电荷比及绝对通量. 目标是进行高质量 的分析和测量, 最终以CMS合作组的名义发表文章.
• 此项分析工作在没有加速器束流的情况下,对理解探测 器性能,包括准值, 刻度和缪子重建软件等具有重要意 义
• 另外一方面,做好该分析工作将能加强我们在处理系统 误差方面的信心和处理更为复杂的强子对撞数据的能力
宇宙线数据分析与论文关系
• μ的精确测量对HZγμμγ及 Z’μμ的寻找至关 重要
• μ的精确测量需要对CMS探测器的全面理解
• 不同level
– DT-GMT – GMT-GLB – RPC-DT
• 不同alignment条件的影响
已经参与的主要工作
• 宇宙线缪子的事例挑选标准的确定
– 通过严格筛选的缪子对最终物源自测量将起重要作用• 缪子系统动量分辨率的测量
– 主要目的是完全利用数据来刻度动量分辨率 – 研究其导致的系统误差 – 确定具有某一动量值的真实缪子落在其他动量范围的概率等