基于WCDA水質(zhì)監(jiān)測分析*

紀(jì) 方，張健欣，陳明君，李會財

(1. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080；2. 中國科學(xué)院高能物理研究所，北京 100049；3. 內(nèi)蒙古自治區(qū)機電控制重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

LHAASO-WCDA實驗的主要物理目標(biāo)是實現(xiàn)甚高能伽馬射線的全天候觀測，其中包括甚高能伽馬源的探測與監(jiān)測、能譜測量以及擴(kuò)展形態(tài)的研究[1]。水切倫科夫探測器陣列的總面積為78 000 m2，有效水深4 m，由3個水池構(gòu)成，共需要3.5 × 108kg凈化水。每個水池被黑色隔光簾分隔成多個探測器單元，共3 120個，每個單元大小為5 m × 5 m。在1號水池的每個單元底部中心位置安裝一支光陰極朝上的8英寸光電倍增管(Photo Multiplier Tube, PMT)，用于接收廣延大氣簇射的次級粒子在水中產(chǎn)生的切倫科夫光。根據(jù)每個光電倍增管上接收的光子數(shù)目和光子到達(dá)時間，重建原初粒子的簇射芯位、能量和方向[2]。在每個8英寸光電倍增管旁邊放置了一個1.5英寸的光電倍增管，用于擴(kuò)大簇射芯區(qū)可測量的動態(tài)范圍，從而實現(xiàn)高能宇宙線的高精度測量[3]。

水作為水切倫科夫探測器陣列的關(guān)鍵探測介質(zhì)，對長期運行的探測器陣列實驗至關(guān)重要，水的衰減長度直接影響探測器的探測效率，水衰減長度越大，表示水質(zhì)越好，光探測效率越高。不同實驗對水質(zhì)的要求也不相同。切倫科夫探測器(CHerenkov Detectors In PitS, CHIPS)實驗中測量切倫科夫光的衰減長度隨濾光時間的變化，研究了405 nm激光的透射特性，衰減長度高達(dá)100 m[4]。中國大亞灣中微子實驗中水的衰減長度要求30 m以上[5]。 液氬時間投影室(Liquid Argon Time Projection Chamber, LArTPC)探測器實驗中測量出液氬中摻雜的氮氣分子與閃爍光之間的反應(yīng)截面為(7.14 ± 0.74)×10-21cm2·molecule-1?！?br>