高海拔宇宙线观测站水切伦科夫探测器阵列全部建成并投入科学运行

2021年1月5日，我校参与建造的“国家发改委十二五”规划—高海拔宇宙线观测站（Large High Altitude Air Shower Observatory，LHAASO）中核心探测器水切伦科夫探测器阵列（Water Cherenkov Detector Array，WCDA）第三号水池注水达到正常工作水位，这标志着WCDA探测器全部建成，全阵列投入科学运行，这是LHAASO四种主要探测器装置中最早完成的一个阵列。《科技日报》、《科学网》、《中国新闻网》纷纷报道。

LHAASO布局示意图及其中建成后的WCDA俯瞰图

WCDA是LHAASO探测器阵列的重要组成部分之一，探测器总面积为7.8万平方米，由3个水池组成，包含3120个探测器单元。每个单元充满纯水，池底放置大尺寸光敏探头，通过读出次级宇宙线在水中产生的切伦科夫光来实现宇宙线的探测。WCDA有效探测面积和灵敏度分别是国际上同类型最大实验的4倍和6倍，能够对银河系内外的伽马暴、快速射电暴、引力波电磁对应体等具备瞬变特性的高能辐射信号进行探测，具备国际领先优势，预期将获得一系列非常重要的观测与研究成果。

WCDA要求探测器和电子学在单光电子至数千光电子大动态范围内进行高精度的信号读出和测量，这在国际宇宙线探测实验中是极具挑战性的工作。核探测与核电子学国家重点实验室长期以来一直参与LHAASO的WCDA预研及工程实施工作，负责其中WCDA大尺寸光敏探头与全部大尺寸光电倍增管（PMT）读出电子学系统的研制，做出了重要贡献。

大尺寸光敏探头是LHAASO WCDA关键器件。核探测与核电子学国家重点实验室研究团队（李澄，唐泽波，江琨）成功完成了大尺寸光敏探头中PMT的选型和大动态范围基座电路设计，取得了核心技术突破。团队研制出满足实验要求的大尺寸光敏探头，并研制出一套高精度高度自动化的高尺寸光敏探头性能测量系统，对交付的每个大尺寸光敏探头的性能均进行了细致研究，确保了工程按时高质量完成。

水切伦科夫探测器及研制的大尺寸光敏探头和批量性能测量装置

在WCDA大尺寸PMT读出电子学方面，核探测与核电子学国家重点实验室研究团队（项目负责人：安琪，总工程师：赵雷，副总工程师：曹喆）成功完成WCDA大尺寸PMT全部读出电子学系统的研制和工程实施，期间完成四项重大技术突破。在工程实施的同时，研究团队针对WCDA采用国产新型20英寸MCP PMT的新方案成功千倍量级大动态范围前端读出ASIC（专用集成电路）-- PASC芯片的研制和优化设计（此前世界上无一款芯片可直接应用于此实验中），并正式用于LHAASO工程中，这也是我国在大型宇宙线物理实验中首批使用的自主研制ASIC芯片。

自主设计完成的前端大动态范围读出ASIC芯片--PASC以及基于此芯片研制完成的电子学

电子学研制及安装

LHAASO是国家重大科技基础设施建设项目，在国务院发布的《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012-2030年）》中被列为16个优先安排的重大项目之一。LHAASO瞄准世纪难题——宇宙线的起源，开展高能物理和天文学领域的前沿科学研究。LHAASO项目建在平均海拔4400米的四川省稻城县海子山，由国家发改委于2015年12月31日批准立项，投资约12亿元人民币。LHAASO的建成将标志着我国在宇宙线物理研究领域跻身世界前列，成为世界上发挥支柱性作用的四大研究基地之一。(文/中科大）