[实用新型]一种用于测量宇宙射线μ子寿命的实验装置

说明书

本实用新型公开了一种用于测量宇宙射线μ子寿命的实验装置。包括测量组件、光导组件、光电信号传输组件和数据传输组件；光导组件为放置于测量组件与光导组件之间的有机玻璃光导，有机玻璃光导连接到塑料晶体未封装的一端和光电倍增管的探测端之间，测量组件、光导组件、光电信号传输组件均置于不透光封闭的铝制外壳中；宇宙射线μ子透过铝制外壳照射到测量组件的塑料晶体上，经塑料晶体发生荧光效应产生光电子，光电子经光导组件光导全反射作用后被光电信号传输组件的光电倍增管探测，传输到计算机。本实用新型是一种新仪器，开拓了原有相关实验的范围，将寿命分析扩展为能谱分析，具有研究价值。

技术领域

本实用新型涉及了一种物理实验测量仪器，尤其是涉及了一种用于测量宇宙射线μ子寿命的实验装置。

背景技术

μ子产生于宇宙射线中的π介子在穿过大气层时发生衰变，μ子的静止寿命只有2.2微秒，会迅速衰变成一个电子、一个反电子中微子和μ子中微子。μ子作高速运动，由狭义相对论的时间膨胀效应，使得μ子衰变时间延长，从而有机会到达地面。μ子衰变方程为：

高能量的μ子在穿过塑料闪烁体时会激发荧光光子，如果μ子在塑料晶体中发生了衰变，衰变产生的电子也会在塑料闪烁体中激发荧光光子。而光电倍增管将荧光信号转变为电信号，传输到示波器上显示为峰。示波器上显示的单峰，就是一个μ子穿过塑料晶体事件。示波器上显示的双峰，就是一个μ子在塑料晶体中发生衰变的事件。

现阶段高校的宇宙射线寿命的测量大都依靠本校核物理专业开展，实验仪器大都专业而且精密，但是现有的μ子寿命测量实验大都以计数的方式间接的计算μ子寿命，计数的结果很不直观且不具有说服力。本实用新型能够完整的记录信号波形并再现便于分析，自主设计分析软件分析采集的数据，找到所有记录的μ子，并能对μ子的寿命、能量作进一步分析，除此之外，本方案还能对其他高能粒子进行多道能谱分析。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型采用了FPGA板和AD/DA转换模块组成数据传输组件，能够在屏幕上看见μ子穿过塑料晶体时形成的信号波形图，寻找峰值和分辨μ子是否发生衰变。以及能够对μ子的平均寿命和衰变前后的能量分布进行分析，让质能转换关系更加直观。

本实用新型采用的技术方案：

一、一种用于测量宇宙射线μ子寿命的实验装置：

实验仪器包括测量组件、光导组件、光电信号传输组件和数据传输组件；测量组件为一块长方体的塑料晶体，光电信号传输组件为光电倍增管，光导组件为放置于测量组件与光导组件之间的有机玻璃光导，有机玻璃光导连接到塑料晶体未封装的一端和光电倍增管的探测端之间，测量组件、光导组件、光电信号传输组件均置于不透光封闭的铝制外壳中；数据传输组件包括AD/DA转换模块、USB高速传输模块、FPGA板与计算机组成，光电倍增管的电信号输出端依次经AD/DA转换模块、FPGA板、USB高速传输模块与计算机连接。

所述的长方体塑料晶体尺寸为40×20×5cm²，塑料晶体外侧严密包裹有铝膜。

所的长方体塑料晶体为闪烁体C₆H₆。

所述的有机玻璃光导折射率应该处于测量组件的塑料晶体的折射率和光电信号传输组件的光电倍增管外壳折射率之间，能使入射光线发生全反射的有机玻璃体。

工作时，光电倍增管的探测输入端固定在塑料晶体的一端，连接处用硅油密封，以做到不透光。

本实用新型的测量原理过程如下：