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。

5. 利用单端的计数率计算偶然符合计数率。

实验装置的分辨时间为τ=10.17ns；

故偶然符合计数为n rc=2n1n2τ=2*754.5*6637.8*10.17/60*10-9=1.70*10-3min-1。

6. 比较双端符合计数率与偶然符合计数率，是否相符？并解释原因。

双端符合计数率要远大于偶然符合计数率，这是因为双端符合的信号中绝大部分为真正相关的信号，偶然符合上的信号非常少。

7. 实测缪子通量是否与预期值相符，解释原因。

实验所用的闪烁体的横截面积为s=15.5*50=775cm2，故实测缪子通量为

Ф=n c/s=660.6/775=0.852cm-2·min-1。可见其要比预期值小，这可能是因为闪烁体探测器并未探测到所有通过的缪子，也可能是因为一些较小的信号淹没在了噪声中，并没有被探测到，还可能是因为对实验所用的闪烁体的横截面积的测量不够精确。

四、预习思考题

1.实验中经常描述两个信号是“同时”的，“同时的”概念是什么？

假定两个探测器的输出信号宽度均为τ，则一个信号比另一个信号超前或落后的时间小于τ，则可认为这两个信号时“同时”的。

2.采用闪烁体探测器时，时间与电荷是如何测量的？

时间是利用甄别器来帮助测量的，电荷是通过电荷灵敏前放转化为电压信号来测量的。

3.表征闪烁体探测器好坏有什么指标？

能量分辨率、微分线性度、探测效率、分辨时间、时滞、时间分辨本领等。

4.测量粒子能量有哪几种方法？

用气体探测器进行测量、用半导体探测器进行测量、用闪烁体探测器进行测量、用切伦科夫探测器进行测量、用气体径迹探测器进行测量等。

5.实验中“甄别阈”概念与“触发”概念分别是什么？

“甄别阈”是一个设定的值，信号的幅度如果大于（或小于）这个设定的值，那么甄别器就会输出拥有恒定的幅度和宽度的脉冲信号。而信号的幅度满足甄别条件，导致甄别器输出脉冲信号的过程，就叫做“触发”。

6.电脉冲在电缆中传播的速度大约是多少？

大概为2*108m/s。

7.光电倍增管输出的信号与甄别器输出的信号什么区别？

光电倍增管输出的信号是原始的电信号，具有不同的幅度、波形和持续时间；甄别器输出的信号是幅度和宽度恒定的脉冲信号。

8.用示波器测量信号时，为什么要注意“阻抗匹配”问题？

探头的阻抗匹配是指探头与示波器电路的阻抗匹配，当阻抗不匹配时,信号会在探头与示波器的接口上产生反射，从而产生振荡，导致波形变形。

9.NIM、TTL与ECL逻辑信号的电平是多少？

10.什么是TDC、ADC？

TDC是时间数字转换器，用于将时间差信号转换为数字信号。ADC是模数转换器，用于将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。