用于空间科学的硅微条探测器的研究

Silicon detectors have the advantages of high energy and position resolution compared to gas-filled detectors and scintillation detectors. Silicon microstrip detectors can be closely bonded to each other, forming large area silicon microstrip detector arrays. These large acceptance arrays have been successfully used in Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) and AGILE satellite et. al. . The proper design parameters and precise installation are the keys to silicon microstrip detector arrays. So far, China knows little about these principles and no silicon microstrip detector have been successfully implemented in Chinese space projects yet..With the help of international cooperation, this project aims to discover the design principles, proper installation and measurement for silicon microstrip detector arrays using experimental and theoretical methods. The successful use of these arrays in the future will be of great importance in space science and other regions.

大面积硅微条探测器阵列拥有大接受度、高位置分辨和能量分辨等优点，在国外空间科学项目中被广泛使用。其中最关键的是根据物理目标采取恰当的探测器设计参数以及精确的探测器阵列组装工艺。然而我国目前只有较少的研究，所以在空间项目中还没有成功应用硅微条探测器的先例。.本项目将利用国际合作机会，通过实验测试和理论计算相结合，系统性地研究硅微条设计参数对位置分辨、能量分辨的影响，并且发展合适的组装工艺与性能测试技术。本项目研究成果将为我国空间科学提供有力的技术支撑，并将在地面大型高能物理实验和其他领域得到广泛的应用。

大面积硅微条探测器阵列拥有大接受度、高位置分辨和能量分辨等优点，在国外空间科学项目中被广泛使用，然而我国空间项目对此只有较少的研究和应用。.在AMS-02、DAMPE、AGILE等空间项目应用的硅微条探测器经常采用非逐条读出的设计，这有利于在有限电子学通道数的情况下提高位置分辨，但是却导致复杂的电荷分配响应。本研究从硅微条探测器的参数测试、电荷注入、电路仿真和束流实验4者相结合，充分地研究了硅微条探测器的电荷分配效应，并证实了这3种途径（参数测试&电路仿真、电荷注入、束流实验）都可以得到几乎相似的电荷分配系数，从而推算初步的电荷修正系数。这有利于未来空间项目在轨初期就能够初步完成硅微条探测器的电荷重建，加快硅微条探测器的数据处理进度。.本研究按照空间科学应用的需求自主研制了硅微条探测器阵列。这个阵列使用了动态范围更大的电子学，在束流实验中成功地测到了电荷量高达16的粒子。束流实验结果还显示我们自主研制的硅微条探测器阵列的电荷分辨率与暗物质卫星正样飞行件的硅微条探测器阵列相近。.本研究利用硅微条探测器的电荷分配原理，在数学上推导了一套电荷重建方法。与传统的分Bin电荷重建方法相比，新的电荷重建方法对刻度的统计量需求更少，而且我们通过束流实验证明了这个新方法对于低统计性事件是十分有效的。因此这个基于电荷分配原理的新电荷重建方法可应用于未来空间科学项目的硅微条探测器的电荷重建中。