高能粒子探测实验--实验报告2

高能粒子探测实验二：宇宙线μ子计数测量

张威震

（清华大学 工程物理系 核21班）

一、 实验目的

1. 观察噪声信号特征， 观察它和信号间的差别，学习使用甄别器、逻辑符合模块。

2. 理解 PMT 热噪声的随机性质，理解偶然符合的概念，学习如何利用双端符合压低噪声。

3. 对宇宙线粒子通量建立起初步的认识。

二、 实验原理

实验装置原理图如下图所示。实验时使用同一块闪烁体探测μ子信号，通过两个PMT 放大后输出，输出信号通过两个甄别器后进入符合电路，输出信号接到示波器上。

图 1 实验装置原理图

三、 实验内容

1. 巩固对基本实验设备（ PMT ，闪烁体，示波器等）使用的学习，按下图搭建实验设备。

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。

四、 实验结果

1、按照实验原理图连接好线路，甄别器的阈值可以通过调整面板上的旋钮进行调整。

2、示波器的显示屏上显示实时总计数，使用秒表测量时间差Δt ，用总计数除以Δt ，可以得到计数率。

3、调高甄别器的阈值可以减少过阈信号，使得计数率降低，噪声信号也相应减少；降低PMT 电压可以降低光阴极输出的电子的能量，相应的信号能量降低，噪声信号减少。所以能够压低afterpulse 。

4、通过测量，单端计数率分别为11268min n −=⋅，12294min n −=⋅双端符合计数率为

158.25min c n −=⋅。理论上，由于信号同时产生，双端符合计数率应该与单端计数率相差不大，但是实际上因为两个PMT 并不完全相同，以及传输电缆的延迟等原因，导致双端符合计数率比单端计数率要低很多。

5、测量得到实验装置的分辨时间为50ns τ=，偶然符合计数率为61122 2.1910rc n n n s τ−−==×⋅。

6、比较双端符合计数率和偶然符合计数率可知，偶然符合计数率很小，对双端符合计数率的影响不大。

7、实验用的闪烁体的横截面积为21550750s cm cm cm =×=，在海平面的μ子平均通量为1/cm 2/minute ，如果μ子全部被记录下来，那么实验应该得到μ子通量应为750min -1，这与实验值相差较大。闪烁探测器存在转换效率，使得通过的μ子不能全部被探测到，还有电子学噪声的影响，使得一些较小的信号无法探测到，所以实测μ子通量要小于预期值。