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LHAASO水切伦科夫探测器全部建成投入科学运行,数据服务进一步升级

文章来源:国家高能物理科学数据中心

更新时间:2021-01-10 13:58

       高海拔宇宙线观测站(LHAASO)水切伦科夫探测器阵列(WCDA)三号水池于1月2日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四种类型的探测器阵列中最早完成的一个阵列。WCDA探测器研制与安装团队的主要成员来自高能所、中国科学技术大学、四川大学、山东大学、清华大学和中科院空间中心等单位。WCDA是LHAASO探测器阵列的重要组成部分之一,探测器总面积为78,000m²,由三个水池组成,内有3,120个探测器单元,6,240个光敏探头。主体基建工程于2017年6月22日正式启动,在历经三个寒暑后,三个水池陆续完成探测器安装工作并全部正式投入运行。
 
WCDA探测器阵列的三个水池构筑物鸟瞰图
 
      LHAASO是我国“十二五”期间立项建设的国家重大科技基础设施,位于四川省稻城县海子山,海拔4,410米,由1km²电磁粒子探测器阵列和有效面积42,000m²的缪子探测器阵列(KM2A)、有效面积为78,000m²的水切伦科夫光探测器阵列(WCDA)和12台广角大气切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)组成。LHAASO将充分发挥多种探测手段组成的复合式地面粒子探测器阵列的综合优势,在高能宇宙线起源、全天区伽马源搜索、高能时变现象机制研究等方面具备世界最强的探测能力。
 

2020年7月,完成安装的WCDA三号水池PMT阵列
 
       根据国际前沿发展动态,LHAASO项目组在WCDA建设过程中开展了方案优化,在二号和三号水池中采用了我国自主研发的、具备国际上最大灵敏面积的新一代20寸光电倍增管(PMT),降低了探测器阈能,大幅增强了探测器在50--500 GeV能段的伽马射线探测能力。WCDA的有效探测面积是国际上最大同类型实验HAWC4倍,其灵敏度将6倍优于HAWC;得益于采用大面积光电倍增管所实现的低阈能探测能力,WCDA在河内与河外甚高能伽马射线源的探测,包括伽马暴、快速射电暴、耀变体、引力波电磁对应体 等具备瞬变特性的高能辐射信号探测等,具备5-10年的国际领先优势,预期将获得一系列非常重要的观测与研究成果。此外,结合一平方公里阵列(KM2A),WCDA实现对高能伽马辐射近4个量级的全覆盖能谱测量,对深度探索天体的超高能辐射机制,最终揭开超高能宇宙线起源的谜底,发挥不可或缺的重要作用。

       随着三号水池的建成投入运行,LHAASO的数据采集量将有成倍的增长。为确保LHAASO科学数据采集和分析处理工作的高效开展,国家高能物理科学数据中心近期对服务LHAASO科学数据的资源进行了升级,在数据中心北京本部和稻城海子山LHAASO观测站分别扩充了数据存储和计算资源。截止到2020年底,LHAASO北京机房有4,000余个 CPU核,8.5PB的存储;稻城海子山机房近3,000 CPU核,2.5PB的存储。北京与稻城之间采用双链路专线连接,一条400Mbps互联网专线和一条1Gbps的点到点专线,用于LHAASO数据的传输。

 

稻城海子山数据机房
 

海子山到北京机房LHAASO所有数据传输流量图
 
       数据中心目前支持的LHAASO用户达200多人,分别来自国内外10多个大学和研究机构,每天为LHAASO提供约10CPU小时的科学数据处理服务,有效支撑了LHAASO的科学研究。
 

观测到的一个典型宇宙线空气簇射事例