WCDA动态范围扩展系统 工作进展 刘成 liuc@ihep.ac.cn 2018/3/23 峨眉，2018/3/22-24.

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1 WCDA动态范围扩展系统 工作进展 刘成 2018/3/23 峨眉，2018/3/22-24

2 主要内容 WCDA动态范围扩展系统介绍 实验进展 防水封装实验； 光敏探头分压器设计； 电子学测试进展； 标定方案测试； 总结

3 物理动机：100TeV ~ 10PeV宇宙线成分能谱的精确观测
WCDA++介绍 （动态范围扩展系统） 单元个数：900 光敏探头：XP3960 动态范围： PEs 使用环境：水下4.4m 物理动机：100TeV ~ 10PeV宇宙线成分能谱的精确观测

4 PMT封装方案设计 “空心”封装； 三处封装点： 玻璃窗与不锈钢壳体： 封装壳体加工： 电缆引出点 满焊处理

5 密封O圈封装样品的验证（一） 物料准备： 不锈钢壳体； 5mm厚石英玻璃； O圈： 温湿度探头； 腻子/ PACTAN 6010硅胶。
四丙氟橡胶； 84±0.72×3.5±0.09mm； 温湿度探头； 腻子/ PACTAN 6010硅胶。

6 样品分类 （1）仅用O圈密封（5个）； （2）O圈+腻子（11个）； （3）O圈+腻子+腻子/硅胶（4个）； 缝隙偏小 编号 缝隙值（mm）
缝隙偏大 编号 缝隙值（mm） 4 40.9 5 40.5

7 加压测试系统 前期0-0.22MPa， 构成： 2月12日，增加了压力控制装置（0.15-0.22MPa）。 （1）数采模块；
（2）压力探头； （3）24V直流电源； （4）压力罐； （5）加压泵； （6）温湿度记录仪； 前期0-0.22MPa， 2月12日，增加了压力控制装置（ MPa）。

8 密封O圈封装样品测试分析 （1）时间： 2017年12月12日~2018年3月1日（共计78天）； （2）温度：7 ~ 24 ℃
（3）湿度：基本保持稳定； 温度变化 湿度变化

9 密封O圈封装样品的验证（二） 将玻璃片改为不锈钢材质； 仅采用O圈进行防水密封； 过压（0.6MPa）测试O圈防水效果；
测试时间：2018/2/7-26，19天； 打开样品1和3，未发现漏水现象。

10 防水封装实验小结 通过加压测试实验，验证了防水封装方案的可靠性； 目前，完成了整体封装方案的评审；
下步重点工作：落实批量生产工艺细节，寻找合适的组装工厂。

11 光敏探头分压器设计 海展创XP3960 工作电压：正高压 工作增益：~2×105 动态范围： 山东大学承担批量性能测试（见于艳红报告）。
实现4个量级； 采用阳极+打拿极读出（A/D~100倍） 山东大学承担批量性能测试（见于艳红报告）。

12 光敏探头分压器设计 目前，已经完成了分压器的设计和评估测试（见杜文艳的报告）。 阳极 非线性 阳极 打拿极 打拿极
分压比：1.5 : 5.4 : 1 : 1 : 1.2 : 1.5 : 3 : 4 : 2.4 : 2.4 : 2.4 目前，已经完成了分压器的设计和评估测试（见杜文艳的报告）。

13 电子学测试进展（四川大学承担） 主要指标： 进展情况： 动态范围： 阳极：1.28 – 256 pC; 打拿极：0.64 – 128 pC
分辨率： 相对偏差： 进展情况： 完成了一套电子学的设计； 分辨率、相对偏差等指标达到 设计要求； 正在进行性能测试和程序功能 （远程重构、DDR）的完善； 计划4月初进行联合测试（包含 36支PMT、电子学和DAQ）。 川大电子学组 DAQ组 分辨率测试 探测器组 相对偏差测试

14 标定方案介绍（见曾宗康报告） 硬件平台：借鉴WCDA大尺寸PMT时间标定系统，采用光纤束分光方案； 阳极 打拿极

15 总 结 WCDA++：100TeV-10PeV宇宙线芯区能量信息； 防水封装：完成方案评审工作，正在规范批量封装工艺和联系工厂组装；
总 结 WCDA++：100TeV-10PeV宇宙线芯区能量信息； 防水封装：完成方案评审工作，正在规范批量封装工艺和联系工厂组装； 光敏探头：完成XP3960分压器设计和测试评估工作； 电子学：完成一套电子学的设计，正在进行性能测试和功能完善工作，计划4月初进行联合测试； 标定系统：验证了标定方案的可行性，需要进一步落实设计细节。

16 谢谢合作组内各位同事的帮助和支持！

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18 防水封装实验 使用环境：在水下4.4m，运行期前5年总损坏率小于5%，平均年损坏率小于1%； 借鉴大PMT的防水封装技术。

19 方案二光损失的考虑 全反射角=48.2@n=1.333； 玻璃吸收：吸收指数28.5 大PMT的遮挡角>76°@220mm；
5mm ~ 16% 顶部遮挡角>48°； 1.5英寸：面积比1英寸大2.25； 大PMT遮挡示意图 顶部遮挡角示意图 100Tev 天顶角为0度 的质子 ~16% 天顶角为25度 ~19% 天顶角为35度

20 至 湿度由17%38%