我國高海拔宇宙線觀測站（LHAASO拉索）成功測量出蟹狀星云輻射的最高能量端能譜，實現(xiàn)了前所未有的超高能區(qū)（0.3-1.1拍電子伏）的精確測量，為該能區(qū)標準燭光設定了亮度標準。北京時間7月9日《科學》（Science）刊發(fā)了這一成果。高海拔宇宙線觀測站是7個國家、32個單位共同合作參與的大科學裝置項目，已經取得一系列重要研究成果。中國科大參與研制的水切倫科夫探測器陣列WCDA和地下繆子探測器陣列（KM2A-MD）是其核心探測單元。

圖1：蟹狀星云輻射的伽馬射線能譜，WCDA和KM2A均為LHAASO的核心探測器。

中國科大核探測與核電子學國家重點實驗室自10年前開始承擔拉索核心探測器水切倫科夫探測器陣列WCDA和地下繆子探測器陣列（KM2A-MD）的大尺寸光敏探頭研制，以及WCDA大尺寸光敏探頭讀出電子學的研制和工程實施工作。

如果說WCDA和KM2A-MD是拉索的“眼睛”，大尺寸光敏探頭就是拉索的“視網(wǎng)膜”。為了保證天文觀測的靈敏度和能譜測量的范圍，WCDA和KM2A-MD分別要求大尺寸光敏探頭和電子學在3和5.5個數(shù)量級的大動態(tài)范圍內進行高精度的信號讀出和測量，這在國際宇宙線探測實驗中是極具挑戰(zhàn)性的工作。我校核探測和核電子學國家實驗室成功地解決了這一挑戰(zhàn)。

圖2：WCDA示意圖，水池底為大尺寸光敏探頭。

WCDA探測器總面積為7.8萬平方米，包含3120個探測器單元。

每個單元充滿4.4米深純水，池底放置大尺寸光敏探頭。

KM2A-MD設計與WCDA類似，由1188個埋在地下2.5米深的

面積為36平方米的大水池組成，池頂放置大尺寸光敏探頭。

實驗室李澄、唐澤波、江琨等帶領的閃爍探測器研究團隊分別針對WCDA和KM2A-MD的實驗要求，經過大量模擬研究和實驗驗證，取得了多項核心技術突破，研制出滿足實驗各項要求的大尺寸光敏探頭。WCDA的動態(tài)范圍達到了3個數(shù)量級，KM2A-MD的動態(tài)范圍達到了5.5個數(shù)量級。這是拉索能在很寬的能量范圍內實現(xiàn)伽馬射線能譜精確測量的核心保障。在實驗室的深度參與下，關鍵部件光電倍增管實現(xiàn)了國產化并達到國際先進水平。研究團隊還研制出一套高度自動化的大尺寸光敏探頭高精度性能測量系統(tǒng)，對研制的每個大尺寸光敏探頭的性能均進行了細致研究，保證了工程的質量和進度。

圖3：WCDA大尺寸光敏探頭和批量性能測量裝置

項目負責人安琪、總工程師趙雷和副總工程師曹喆帶領的WCDA大尺寸光敏探頭讀出電子學研究團隊成功完成該系統(tǒng)的整體研制和工程實施，并完成四項重大技術突破。研究團隊針對WCDA采用國產新型20英寸MCP PMT的新方案成功完成前端讀出ASIC（專用集成電路）--PASC芯片的研制和優(yōu)化設計（此前世界上無一款成熟ASIC芯片可滿足此實驗需求），并正式用于拉索工程中，這也是我國在大型宇宙線物理實驗中首批使用的自主研制ASIC芯片。

圖4：自主設計完成的前端大動態(tài)范圍讀出ASIC芯片—PASC

以及基于此芯片研制完成的電子學研制及安裝

中國科大天文學系楊睿智教授也在拉索項目中擔任物理協(xié)調委員會成員和年輕巨星團子課題協(xié)調人，在本次成果中參與了數(shù)據(jù)分析和唯象解釋工作。

隨著WCDA和KM2A-MD的持續(xù)投入運行，LHAASO拉索將產生越來越多的突破性物理成果。

論文鏈接：https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abg5137

（物理學院、核探測與核電子學國家重點實驗室、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/75969.htm

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