利用乳胶室探测器探测暗物质的方法技术

利用乳胶室探测器探测暗物质的方法，步骤是：（１）构筑专用于暗物质探测的乳胶室探测器，探测器的结构是：以若干层钨板作为作用层，各作用层的厚度从上到下递增；各作用层之间加入感光层，感光层由不同感光度的ｘ－ｒａｙ胶片和核乳胶片叠加组合而成；用遮光材料将上述作用层与感光层包裹成暗室，即构成的乳胶室探测器；（２）将乳胶室探测器以有效载荷的形式设置在人造卫星内；（３）回收后在暗室中将乳胶室探测内的ｘ－ｒａｙ胶片和核乳胶片取出，分别进行显影、定影；（４）解读ｘ－ｒａｙ胶片和核乳胶片上的影像。本发明专利技术借助乳胶室探测器观测暗物质衰变或相互作用后产生的电子及伽玛射线，寻找到暗物质以“粒子”形式存在的证据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种物质探测方法，具体涉及一种利用乳胶室探测器探测暗 物质的方法。 技术背景暗物质研究是当前的热点。暗物质的存在已经有很强的证据。最新理论 模型表明，暗物质可能是以某些特殊粒子形式存在的。可以通过观测暗物质 衰变或相互作用后产生的基本粒子来寻找暗物质粒子。但是现有的乳胶室探测器只是将一定数量的核乳胶片简单的叠加后进 行地面观测，仅能记录入射粒子的方向和轨迹，不能判断粒子的种类。所以 现有技术中上述的探测仪器的结构及其探测方法，尚不能满足对暗物质衰变 或相互作用后产生的基本粒子进行探测的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。该方法 是希望借助乳胶室探测器通过空间观测暗物质衰变或相互作用后产生的电 子(包括正电子)及伽玛射线，寻找到暗物质以"粒子，，形式存在的证据，在暗物质是什么这个问题上有所突破；同时，通过观测高能电子，对解决宇宙 线起源、加速等科学问题将很有用处。完成上述专利技术任务的技术方案是， 一种利用乳胶室探测器探测暗物质的 方法，其特征在于，步骤如下(1) 、构筑专用于暗物质探测的乳胶室探测器，该探测器的结构是以若 干层鴒板作为作用层，各作用层的厚度从上到下第增；各作用层之间加入感光层，该感光层由不同感光度的x-ray胶片和核乳 胶片叠加组合而成；用遮光材料将上述作用层与感光层包裹成暗室，即构成的乳胶室探测器；(2) 、将上述乳胶室探测器搭栽到升空的人造卫星上进行观测；(3) 、卫星及搭载的该乳胶室探测器回收后，在暗室中，将乳胶室探测内 的x-ray胶片和核乳胶片取出，分别进行显影、定影；(4) 、解读x-ray胶片和核乳胶片上的影像。 继续观测时可以增加以下步骤，(5) 、在各作用层之间加入新的x-ray胶片和核乳胶片；重复以上(1) (4)的步骤。以上方案中所述的x-ray胶片的厚度一般采用0.002mm,核乳胶片的厚 度为一般采用0.008mm。所述的"各作用层的厚度从上到下第增"的要求是最小厚度为0.3mm; 最大厚度为3.0mm;中间各寺反厚度分别为0.5mm、 1.0mm; 1.5mm。所述x-ray胶片和核乳胶片的"不同感光度"是指对x射线的敏感程度。整个乳胶室纟罙测器的尺寸可以在90mm x卯mm x 90mm ~200mm x 200mm x 200mm之间。本专利技术建议的尺寸是100mm x 100mm x lOOmm。本专利技术在探测器内部加入作用层，通过粒子与作用层发生作用后的不同 现象，可以判断入射粒子的种类。进而在此基础上，通过观察筛选出的高能电子的能谱进行暗物质方面的分析。另外，本专利技术涉及的乳胶室探测器的感光层中加入了不同感光度的x-ray胶片，使得在后期的处理中除了能记录入 射粒子的方向和轨迹，还能够判断入射粒子的能量。 本专利技术的基本原理是当高能电子进入乳胶室时，与鴒板作用产生电》兹级联簇射，高能电子通 过韧致辐射会形成伽玛射线，高能伽玛射线通过电子对效应会形成正负电子 对。高能电子通过軔致辐射产生伽玛射线，伽玛射线又能产生新的电子，这 样不断地产生电子-伽玛射线级联作用。结果产生大量的伽玛射线和电子， 这些粒子就在感光层中的乳胶层中造成潜影，经过处理后感光层中的乳胶片 上便会形成电子的轨迹，同时在x-ray胶片上曝光后产生黑斑，这样粒子就 被乳胶室作为一个事例记录下来，见图2。另外由于高能强子与乳胶室中鴒原子核发生强相互作用，产生很多次级 粒子，其中的兀0介子迅速衰变成伽玛射线， 一次高能核作用会产生许多次 级粒子，在乳胶室中发生电磁级联簇射，这些也会被乳胶室记录下来。 探测器信号的测定本专利技术采用重建粒子电磁级联簇射轮廓来判断入射粒子的能量。前面所 说的簇射通过感光层在x-ray胶片上形成了不同的黑斑。在相应每个黑斑位 置的乳胶片上形成一束簇射电子径迹。通过三维电磁级联理论可以描述出电 磁级联簇射在乳胶室内的发展，采用J.Nishimum的轴近似方法W,可以得到 在离辐心半径为r、离簇射起始点深度为t的范围内，核乳胶片上的电子径 迹数为并且有F(s)是s的慢函数:6 3 +lls + 14 亍(;y + l)0 + 2)0 + 3)其中，s为簇射的年龄参数；d和g分别为乳胶室自身结构所确定的冲 淡因子和衰减因子；P为针对倾斜入射的事例所引入的倾斜因子；A、 a、 b均为常数；巧("、4")、《")、"力已经由Rossi计算出来了。我们可以看 出，电子径迹的分布密度是关于簇射的能量和穿透物质层深度的函数，也就 是说我们如果数出各感光层中电子的径迹密度，就能知道蔟射的能量，测量 簇射在各层中的位置就可以知道簇射所来自的方向。根据上面提到的公式， 我们便可以做出如图3所示的电子簇射的轮廓图，即N-E-t曲线，其中N为 入射电子的数量，E为入射电子的初能，t为簇射起始点的深度(以辐射长 度为单位)。可是在通常情况下由于测量电子径迹数是一项繁杂的工作，需要花费大 量的时间和精力；另外由于乳胶片质量的差异及宇宙线本底径迹的干扰，想 要准确地数出电子径迹并且准确地标定能量是异常困难的。为此，本专利技术提供以下优化方案在实际测量中，用最大黑度法来对事 例的能量进行标定，这一方法的关键是将乳胶片上簇射的电子径迹密度与 x-ray胶片上的黑斑的黑度联系起来。首先做出X射线胶片的黑度与电子数密度P的特征曲线，特征曲线可以用以下两个解析式来表示或 <formula>formula see original document page 9</formula>其中D。为饱和黑度，"为胶片本身的系数，与感光颗粒平均截面成比例。 设A是由本底电子密度A引起的本底黑度，A是由簇射电子密度A引起的事 例纯黑度，"i2为A和A引起的实际黑度，则可以推导出实际测量的簇射事 例黑度为<formula>formula see original document page 9</formula>之后只要测量x射线胶片上黑斑的黑度与位置就可以得到簇射的能量 与方向。原则上，乳胶室可观测任何TeV (1012e v )能量以上的簇射。观测方 法迅速筒便。目前采用上述重建粒子电磁级联蔟射来判断粒子的能量，不同 能量的电子簇射轮廓图是不同的，实验表明该方法的能量分辨率本领可以达 到10%。 本底分析乳胶室探测器有很高的空间分辨率，它可以通过观测粒子与物质发生作 用后产生的次级粒子数目来区分粒子种类，由于电子通过韧致辐射产生伽玛 射线，高能伽玛射线通过电子对效应会形成正负电子对。所以电子第一作用 点处一般为三径迹和五径迹(见图4),而强子与物质作用时，会产生大量的 次级粒子，因此强子在第一作用点处的径迹的个数绝大多数远大于5 (见图 5)。强子簇射的次级粒子很多，张角很大，它的次级径迹数的多少与其能量有关，能量越大，簇射的次级径迹数也就越多(以质子为例，见表l)。另夕卜， 电子的第 一作用点大多在一个辐射长度以内，所以第 一作用点大多记录在乳 胶室的顶部浅层底片中，而强子的的簇射由于核作用长度长，簇射可出现在 深层乳胶室中。按照这些规律，可以很方便地判断粒子的种类并将大多数本 底扣除掉。表l质子与铅作用产生的次级粒子数目-<table&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用乳胶室探测器探测暗物质的方法，其特征在于，步骤如下：　（１）、构筑专用于暗物质探测的乳胶室探测器，该探测器的结构是：以若干层钨板作为作用层，各作用层的厚度从上到下第增；　各作用层之间加入感光层，该感光层由不同感光度的ｘ－ ｒａｙ胶片和核乳胶片叠加组合而成；　用遮光材料将上述作用层与感光层包裹成暗室，即构成的乳胶室探测器；　（２）、将上述乳胶室探测器以有效载荷的形式设置在人造卫星内；　（３）、回收后在暗室中将乳胶室探测内的ｘ－ｒａｙ胶片和核乳 胶片取出，分别进行显影、定影；　（４）、解读ｘ－ｒａｙ胶片和核乳胶片上的影像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常进，胡一鸣，王楠森，宫一忠，唐和森，张仁健，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]