中国空间太阳物理40年

中国空间科学学会成立的40年也是中国空间太阳物理从起步到发展的40年.本文简要回顾了从1980年前后到2020年中国空间太阳物理的主要历程,尽可能涵盖期间推动的主要项目、进展和所取得的成果.并对未来若干年中国空间太阳物理的发展进行了展望.

辐照后4H-SiC带电粒子探测器的特性研究

碳化硅材料因其禁带宽度大、晶体原子离位能高等物理特性,被视为制作耐高温、抗辐射器件极具代表性的宽带隙半导体材料。为观察辐照对4H-SiC肖特基二极管带电粒子探测器的电学特性及对α粒子响应的能量分辨率的影响。利用60Co源的γ射线对4H-SiC肖特基二极管探测器进行辐照实验。经过总剂量为1 000 kGy的γ射线辐照后,探测器的正向电流相较于辐照前减小了三个数量级;反向电流值在0～120 V偏压下没有明显变化,当反向偏压高于120 V时,反向电流值变化明显。同时,辐照前后对α粒子的能量分辨率没有明显变化。

CCD暗物质实验原型装置放射性氡本底研究

暗物质探测与研究是物理研究领域的一个前沿课题。暗物质的探测,需要一个低本底环境,在中国锦屏地下实验室建立了一套CCD探测装置,经长期监测并采集数据,研究了低本底环境中氡气浓度对探测实验装置的影响,结果显示氡气浓度对CCD探测计数率都有影响,总计数率的相关系数为0.90±0.03。

POLAR-2能谱探测器伽马暴触发软件测试系统研究

伽马暴偏振探测仪POLAR-2主要用于伽马射线暴瞬时辐射的高精度偏振测量。为了提高偏振测量精度和样本,需要获取伽马暴的高精度方向和能谱信息。POLAR-2中能谱探测器BSD载荷将实现10~2000 keV能量范围内的伽马暴能谱测量且具有在轨快速触发和定位的功能。设计了基于FPGA的数据传输和计算的触发软件测试系统,可以在没有探测器输入的情况下,通过以太网传输测试数据,验证BSD触发算法的可行性和性能。当给出相邻光子的间隔时间和每个光子的能量后,通过该系统可以得到不同时标下各能量段的信噪比和光变,与模拟计算的光变和信噪比进行比对之后,可以在BSD早期的设计中验证该触发算法的准确性。测试结果表明,该系统满足设计要求,可以方便地在地面验证和调整触发算法。

机器学习在宇宙线粒子鉴别中的应用

基于热中子探测器实验模拟数据,使用决策树(decision tree,DT)、随机森林(random forest,RF)和BP神经网络(back-propagation neural network,BPNN)构建了宇宙线粒子鉴别机器学习模型,对每种粒子分别使用不同的机器学习算法基于模拟数据进行模型训练,并针对算法进行超参数调整,将每种算法的AUC值和Q品质因子作为粒子成分鉴别的评价指标.实验结果表明,不同机器学习模型对粒子预测精度影响很大.在测试检验中,经过交叉网格搜索方法调参后的决策树鉴别模型对中成分(碳氮氧和镁铝硅)比较敏感,鉴别模型AUC值均在0.95以上,Q品质因子均大于6;经交叉网格搜索方法调参后的随机森林鉴别模型对于宇宙线粒子鉴别的效果最好,所有粒子鉴别模型的AUC值均大于0.92且Q品质因子均在4以上;BP神经网络算法只对质子和铁核比较敏感.本研究对宇宙线粒子鉴别和筛选提供了新的方法和选择,可为热中子探测器后续开展宇宙线能谱测量提供新思路.

河外星系NGC 0925中氢二二区的光谱观测研究

氢二区是星系中恒星形成的场所,最显著的观测特征是光谱中的一系列发射线,光谱观测和分析是研究氢二区性质的主要途径。文章呈现的是利用国家天文台2.16 m望远镜对河外星系NGC 0925中的一个氢二区进行光谱观测、数据处理和测量以及分析的工作。基于观测到的光谱发射线,采用“巴尔默减幅”法得到星系内消光并作消光改正;利用Hα发射线的光度得到恒星形成率;利用强发射线方法得到氧元素丰度。结果显示,该氢二区的尘埃消光严重(V波段的尘埃消光A(V)=0.641 mag)、恒星形成活动性强(恒星形成率面密度∑_(SFR)=0.104 M⊙/yr/kpc^(2))、金属元素丰度高(氧元素丰度12+log(O/H)=8.337 dex)。

直接解调方法在嫦娥一号卫星X射线谱仪地面验证实验数据分析中的应用

"嫦娥一号"卫星是我国的第一颗月球探测卫星,运行轨道高度为200km,预计工作寿命为一年,其上配备的X射线成像谱仪具备了对月表进行X射线探测、成像和对太阳X射线进行监测的功能。该X射线谱仪由两个全同的探测器阵列组成,其中,为了实现对月表主要化学元素分布及其含量进行探测的科学目标,在每个探测器阵列还配备了2个低能探测器单元。这4路低能探测器单元的面积为25mm2,采用的都是厚度为500μm,具有优良探测性能的Si-PIN探测器,其探测能区为1～10keV,能量分辨率为～5%@5.9keV。文章主要介绍了嫦娥一号卫星X射线谱仪的地面验证实验,并且根据X射线谱仪的能量响应矩阵,利用直接解调方法和基本参数法对X射线谱仪地面验证实验中的探测数据,特别是对盲测样品中的Mg,Al,Si等元素进行了定性和定量分析。

准直型空间X射线望远镜本底研究概述

以准直型空间探测器的本底估算为主要内容,结合我国在研的硬X射线调制望远镜,介绍了轨道环境对望远镜本底水平的影响,总结了空间望远镜常用的本底估算方法和硬X射线调制望远镜将考虑的本底估算方法。最后结合硬X射线调制望远镜研制工作,简要阐述了本底模拟流程和本底分析结果。

中国空间天文40周年

过去40年中国空间天文学研究取得了巨大的发展.尤其是近10年内发射了数颗天文卫星,未来几年还将有一些天文卫星计划发射.本文简要回顾了国际空间天文学的发展历程.对中国空间天文学过去40年的发展进行了回顾和总结,包括1970年代第一颗天文卫星计划、气球空间天文探测、基于载人航天工程的空间天文实验以及天文卫星等.此外,介绍了中国空间天文项目,并对未来10年中国空间天文学研究进行了展望.

粒子激发X射线谱仪的热设计和热仿真计算

粒子激发X射线谱仪(APXS)安装在月面巡视器外部,利用巡视器的机动性和机械臂的灵活性,可以对月面有研究价值的月岩及月壤进行有针对性的探测.由于裸露在巡视器外部,月球复杂外热流会对APXS产生较大影响.鉴于此,需对APXS进行合理的热设计,以保证APXS的探测器和电子学器件工作在允许的温度范围内.提出了APXS的热设计方案,据此对APXS进行热仿真计算,计算结果得到了相应热平衡试验的较好验证.

恒星级黑洞的观测证认研究进展

具有不同质量的恒星在耗尽其热核能源后,最终可能会坍缩成为性质完全不同的致密天体,如白矮星、中子星或者黑洞。从20世纪30年代起,黑洞的观测及其证认一直是天体物理学的研究热点之一。首先简要地回顾了恒星级黑洞的形成及其候选天体的研究历史;然后介绍了如何从观测上证认恒星级黑洞:接着详细讨论了恒星级黑洞的质量和自转参数的测量方法;最后介绍恒星级黑洞观测及其证认的最新研究进展,并做出结论:目前已经有充分的证据宣告在部分吸积X射线双星中存在恒星级黑洞。

超导动态电感探测器的噪声谱分析

动态电感探测器容易频域集成,作为一种新兴的超导探测器件在(亚)毫米及光学波段的天文探测和阵列成像中得到了初步应用.在单像素层面,动态电感探测器的暗噪声水平是关键指标之一.本文详细介绍了一种适用于动态电感探测器的噪声功率谱分析方法,可以较好地平衡噪声频谱分辨率与方差性能,准确且高效地进行噪声谱分析.利用此方法,研究了两种工艺的超导铝动态电感探测器,发现在铝膜上下两层镀氮化硅膜的样品的频率噪声约为裸铝样品的25%—50%.基于这种双层氮化硅工艺,进一步研究了多种几何设计的集总结构铝动态电感探测器在不同微波功率和温度下的噪声特性,实验结果与典型的二能级系统噪声行为相符.本文的研究为动态电感探测器的噪声谱表征提供了一种标准方法,并为研制低噪声的超导铝动态电感探测器奠定了基础.

宇宙线热中子探测器的科学目标及初步成果

文章介绍了一种新型的宇宙线探测器--热中子探测器,按照核物理理论,它可以从广延大气簇射的强子级联角度来进行宇宙线"膝"区分成分能谱的测量,有望破解宇宙线"膝"区形成机制。为了检验宇宙线热中子探测器在高海拔地区运行稳定情况,并且验证其探测能力,在西藏大学和羊八井宇宙线观测站对该探测器进行预先研究。结果显示,状态良好,运行稳定。同时,该探测器还可以以单粒子模式运行,开展太阳物理和地球物理的相关研究。

SDSS中LINERs的光学光变研究

SDSS(Sloan Digital Sky Survey)对Stripe82有着1998-2004年的重复观测.从Bramich等人的SDSS Stripe82源表(Light-Motion Curve Catalogue,LMCC)挑选出了多次观测过的29个宽线LINERs(low-ionization nuclear emission line regions),对这些源的光变进行了研究.经过与LMCC总样本中一般星系的测光结果进行的比较,交叉筛选得到4个可能具有光变的LINERs候选体,经过进一步证认有2个源(SDSS J004828.80-001241.5和SDSS J030203.53+005159.5)存在比较明显的光变.

硅探测器信号电荷分配技术的研究

大规模阵列Si-PIN探测器和DSSD探测器与Front-end ASIC耦合时的动态范围匹配是亟待解决的问题。本文基于硅探测器信号的产生与特性,设计了3种解决探测器与前端电子学动态范围匹配问题的耦合方法,并结合理论模型与实验结果的对比分析,验证了3种方法的可行性。

LHAASO-WFCTA前置放大电路板性能研究

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)的广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)主要探测广延大气簇射中产生的切伦科夫光/荧光。每个广角切伦科夫望远镜由64个sub-cluster组成,每个sub-cluster由前置放大电路、模拟电路板(AB板)、慢控制板、数字电路板(DB板)、电源板等组成。文中简述硅光电倍增管(SiPM)前置放大电路、SiPM及测试系统,通过该测试系统重点检验已设计好的SiPM和前置放大电路板的性能,测试结果表明能满足WFCTA性能指标的要求。

我国的宇宙线物理研究六十年

为纪念宇宙线物理诞生100周年,文章介绍了中国的几位老一辈的物理学家在宇宙线和粒子物理研究中曾做出的卓越贡献,回顾了中国60年来,特别是最初阶段,新中国的宇宙线研究的发展历程,对研究的不同阶段取得的成果举例做了介绍.

4H-SiC探测器的温度及辐照性能研究

针对极端环境下耐高温和耐辐照半导体探测器的研制需求,利用外延层厚度为100μm的4H-SiC外延片通过欧姆接触和肖特基接触制备成肖特基二极管,封装成肖特基二极管探测器。在25℃~150℃的环境下,测量探测器的I-V特性曲线。结果表明,在温度≤105℃时,漏电流曲线变化较小。当偏置电压为-500V时,温度从25℃上升至105℃,漏电流的变化率为0.33%℃。利用北京大学化学系^(60)Co放射源对探测器进行辐照,对比总剂量1 Mrad的实验前、实验后的探测器I-V特性变化。结果表明,辐照前后探测器的漏电流无明显变化。

超声波空化效应冲流压的模拟分析

本文主要探究了插有细管的超声波水浴内的冲流压分布,对超声毛细现象进行了解释.管内液面上升的原因有表面张力与空化效应生成的空化泡溃灭时产生的冲流压.我们通过COMSOL模拟了水浴内超声波声压分布,并基于MATLAB计算了不同声压幅值条件下空化泡半径及其变化率随时间的变化情况,积分计算了冲流压的大小.实验中通过改变细管底部位置,探究冲流压大小对液面上升高度的影响,与理论曲线相比较,很好地解释了超声毛细现象,实验结果与超声空化理论相符合.

高海拔宇宙线观测站LHAASO概况

宇宙线发现百年以来,宇宙线起源仍然是一个谜.研究宇宙线起源主要在甚高能(VHE)伽马射线天文学和宇宙线物理学两个领域交叉展开.新一代高海拔宇宙线观测站(LHAASO)拥有高海拔、全天候和大规模优势,利用多种探测手段对宇宙线开展联合观测,大幅提升对伽马射线和宇宙线的鉴别能力.LHAASO将开展全天区伽马源扫描搜索以大量发现新伽马源,将获得30TeV以上伽马射线探测的最高灵敏度,将在宽达5个数量级的能量范围内精确测量宇宙线分成份能谱,为揭开宇宙线起源谜团给出重要判据.系统介绍了LHAASO的探测器结构、性能优势和科学目标.