WCDA动态范围扩展系统 实验进展 刘成 liuc@ihep.ac.cn 2017/9/22 山东大学，威海 2017/9/21-23.

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1 WCDA动态范围扩展系统 实验进展 刘成 2017/9/22 山东大学，威海 2017/9/21-23

2 主要内容 WCDA动态范围扩展系统介绍 实验进展 PMT动态范围设计； 防水封装实验； 电子学测试进展； 标定方案介绍； 总结

3 物理动机：100TeV ~ 10PeV宇宙线成分能谱的精确观测
WCDA动态范围扩展系统介绍 物理动机：100TeV ~ 10PeV宇宙线成分能谱的精确观测 proton iron WCDA大PMT动态范围上限 实现方法：多参数观测EAS WFCTA（能量，Cherenkov像的长宽比） KM2A（Muon数目） WCDA（方向信息，剩余能量）

4 WCDA动态范围扩展系统介绍 覆盖面积：22,500 m2 单元个数：900 光敏探头：1.5英寸PMT 动态范围：50-500000PEs

5 PMT动态范围设计 候选管子： 工作电压：正高压 工作增益：~2×105 动态范围： 滨松CR285-01，海展创XP3960
实现4个量级； 采用阳极+打拿极读出（A/D~100倍）； XP3960 CR285-01

6 PMT动态范围设计 CR285-01 CR285-01： 共10个打拿极 采用Dy7读出 测试内容： SPE，高压响应； 阳极打拿极非线性；

7 PMT动态范围设计 经过7板的分压电路设计比较，最终定型分压比： 2：1：1：1：1.36：1.5：2.4：3：2：1.5：1.5

8 PMT动态范围设计 CR285-01批量测试 SPE及高压响应测试 高压响应β值分布 Gain=2×105下的工作高压分布

9 PMT动态范围设计 阳极/打拿极 CR285-01批量测试 打拿极非线性值 阳极非线性值

10 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。

11 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

12 防水封装实验 ——进行11个封装样品的对比测试
防水封装实验 ——进行11个封装样品的对比测试 方案一： 1套（编号0）只用密封O圈封装，1月12日开始浸泡实验； 3套（编号1-3）只用密封O圈封装，3月28日开始进行加压测试； 2套（编号4，5）采用密封O圈+硅胶+热缩 管密封，5月15日开始进行加压测试； 对比实验： 2套玻璃球密封，5月15日开始进行加压测试； 方案二： 3套（编号1-3）用密封O圈+硅胶密封，8月28日开始进行加压测试；

13 加压测试系统 构成： （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；

14 湿度变化随时间的关系 浸泡实验监测数据 绿色：温度 黑色：湿度 方案一（1-3）加压监测数据

15 防水封装小结 不同封装方式情况下，相对湿度随时间的变化都可以用线性关系进行描述； 加压实验1天等效浸泡实验5天的效果；
需要对封装工艺和防水材料的渗透率进行改进； 选用渗透率低的材料，防潮剂等

16 电子学测试进展 主要指标： 方案设计： 进展情况： 动态范围： 阳极：1.28 – 256 pC; 打拿极：0.64 – 128 pC
热中子探测电子学板 电子学测试进展 主要指标： 动态范围： 阳极：1.28 – 256 pC; 打拿极：0.64 – 128 pC 方案设计： 布板结构参考热中子探测电子学板； 模拟放大成形电路参考ED电子学； 数字及通讯板参考WFCTA电子学； 进展情况： 完成单道模拟电路的信号测试； 进行多路集成的布板设计； 进行数字模块的改版设计； 单路模拟信号测试 分辨率 相对偏差 单路相对偏差测试 阳极 打拿极

17 标定方案介绍 硬件设计： 标定难点： 标定方案： 借鉴WCDA大PMT时间标定 系统，采用光纤束分光方案； 工作增益的标定（2×105）
动态标定（SPE，高压响应1×1051×107）； 阳极打拿极增益比的标定（2500~10000PEs） LED光源组（均匀性，大光强，同步性）； 标定方案： 长期监测（~Hz，~100PEs）； 定期标定工作增益（季度）；

18 总结 欢迎和期待与更多的同事一起合作交流 WCDA动态范围扩展系统的主要物理目标是观测100TeV - 10PeV宇宙线芯区能量信息；
PMT动态范围设计：完成了CR285分压电路的设计，并进行了小批量的测试检验。正在进行XP3960分压电路的设计评估工作； 防水封装方案：基本定型，正在规范细化封装工艺； 电子学：完成单路电子学的模拟电路设计，正在推进多路集成布板和数字板改版工作； 标定系统：制定了实施方案，需要开展具体技术的验证和集成工作。 欢迎和期待与更多的同事一起合作交流

19 谢谢！

20

21 迷你嵌入式温湿度计 外形尺寸48*28.6*15.2mm 湿度： 温度： 额定电压DC1.5v（2个AG13纽扣电池）
1.湿度测量范围10%～99% 2.湿度显示分辨率1% 3.湿度采样周期10秒（1分钟） 4.湿度测量精度±5% 温度： 1.测量范围-50到70 2.温度测量精度±1度（常温下） 额定电压DC1.5v（2个AG13纽扣电池）

22 方案一v1——长期浸泡实验数据分析 测试时间：20170112-至今； 时间（天） 126 174 248 温度（℃） 18.7 27.5
126 174 248 温度（℃） 18.7 27.5 28.4 25.3 湿度（%） 17.3 22.5 25.8 31.0 黑色：玻璃管内湿度 蓝色：(玻璃管内湿度 - 25)×5 + 50 红色：实验室湿度 粉丝：实验室湿度2 绿色：玻璃管内温度 黑色：玻璃管内湿度