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GECAM专刊文章推荐 | Radiation Detection Technology and Methods

期刊:Radiation Detection Technology and Methods

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引力波暴高能电磁对应体全天监测器(Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor,GECAM,怀柔一号)卫星工程,是中国科学院战略性先导科技专项“空间科学(二期)”立项的科学卫星之一。2018年12月4日,由中国科学院正式批复工程立项。2020年12月10日,GECAM卫星在西昌卫星发射中心由长征十一号遥九固体运载火箭发射入轨,卫星计划在轨运行3年。


GECAM卫星专门针对引力波伽马暴(即引力波高能电磁对应体)的研究机遇而提出,通过双星在地球两侧共轭星座布局,在轨监测引力波伽马暴等高能辐射现象,破解宇宙中致密天体剧烈并合之谜。同时探测快速射电暴、特殊伽马暴(超长暴、软暴)、磁星爆发、以及太阳耀斑和地球伽马闪等空间高能辐射现象,进一步理解它们的爆发机制。


GECAM卫星具有全天视场、高灵敏度、高精度定位能力、宽波段能谱测量能力以及区分鉴别伽马暴和空间荷电粒子事件的能力,将是“多波段、多信使”天文学时代重要的高能望远镜之一(参见:http://www.nssc.cas.cn/gecam/)。


Radiation Detection Technology and Methods 挑选出8篇文章组成了GECAM专刊。为方便读者阅读,期刊推出专刊文章免费下载一个月,欢迎广大读者下载阅读!


1. Design and test of the GECAM satellite payload

X. Li

编者按:GECAM卫星载荷设计与测试


2. The technology for detection of gamma-ray burst with GECAM satellite

X.Q. Li · X.Y. Wen · Z.H. An · C. Cai · Z. Chang · G. Chen · C. Chen · Y.Y. Du · M. Gao · R. Gao · K. Gong · D.Y. Guo · J.J. He · D.J. Hou · Y.G. Li · C.Y. Li · G. Li · L. Li · X.F. Li · M.S. Li · X.H. Liang · X.J. Liu · Y.Q. Liu · F.J. Lu · H. Lu · B. Meng · W.X. Peng · F. Shi · X.L. Sun · H. Wang · J.Z. Wang · Y.S. Wang · H.Z. Wang · X. Wen · S. Xiao · S.L. Xiong · Y.B. Xu · Y.P. Xu · S. Yang · J.W. Yang · Q.B. Yi · D.L. Zhang · F. Zhang · S.N. Zhang · C.Y. Zhang · C.M. Zhang · F. Zhang · X.Y. Zhao · Y. Zhao · X. Zhou · C.S. Zhang · J.P. Yu · L. Chang · K.K. Zhang · J. Huang · Y.M. Chen · X.B. Han

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00288-z

中文导读:GECAM卫星的主要任务是探测与致密天体并合引起的引力波事件有关的伽马射线暴,同时也对各类高能天体爆发事件进行探测和研究。本文介绍卫星有效载荷进行了设计、研制和标定情况。卫星有效载荷由伽马射线探测器(GRD,用于探测4keV-4MeV X/γ射线)、荷电粒子探测器(CPD,用于探测150keV-5MeV电子)和电子学机箱(EBOX)组成。全天视场覆盖由两颗相位间隔180度的229度大视角卫星实现,分别位于地球中心相对的两侧。每颗卫星配备25个GRD和8个CPD,可对伽马暴进行在轨定位,并鉴别空间荷电粒子暴。伽马射线探测器采用溴化镧晶体匹配硅光电倍增管创新技术,这是该技术首次大规模应用于空间天文卫星中。此外,GECAM卫星还首次实现了利用北斗三号全球卫星导航系统将卫星观测到的天体爆发信息“准实时”快速下传至地面站。


3. Result of proton beam energy calibration of GECAM satellite charged particle detector

C. Zhang · X. Liang · Y. Xu · W. Peng · J. He · D. Guo · K. Gong · Y. Liu· Z. An · D. Zhang · S. Yang · X. Liu · X. Wen · R. Qiao · J. Wang · M. Gao ·S. Xiong · F. Zhang · X. Li · X. Cui · C. Li · J. Tang · X. Wang · D. Wang · Z.Wei

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00264-7

中文导读:带电粒子探测器(CPD)是GECAM卫星的两个主探测器之一,用于探测带电粒子。空间中主要的带电粒子为电子和质子,因此本文研究了CPD对质子的探测能力,测试了CPD在两种工作模式下对带电粒子的响应,具有重要研究意义。


4. The design and implementation of GECAM satellite payload performance monitoring software

P. Zhang · X. Ma · Y. Huang · S. Xiong · S. Zheng · L. Song · G. Ou · Y. Du · J. Liang · H.Wu

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00283-4

中文导读:本文介绍了GECAM卫星有效载荷性能监测软件(GPPM)的设计及实现。该软件利用卫星探测数据监测有效载荷工作状态,通过望远镜观测数据的光变曲线、能谱、能谱特征峰拟合等监测载荷性能变化。针对工程数据中载荷状态参数较多的问题,设计了一种基于配置表的参数处理方法,该方法能适应数据格式的频繁变化,便于程序维护。载荷的在轨工作状态和性能根据定义的阈值和监测报告进行监测。该软件使用python语言设计实现,观测数据存储在MongoDB中。该软件使用地面和在轨载荷探测数据进行了测试,能够有效地监控GECAM有效载荷的性能。


5. The design and performance of GRD onboard the GECAM satellite

Z.H. An · X.L. Sun · D.L. Zhang · S. Yang · X.Q. Li · X.Y. Wen · K. Gong · X.H. Liang · X.J. Liu · Y.Q. Liu · Y.G. Li · S.L. Xiong · Y.B. Xu · F. Zhang · X.Y. Zhao · C. Cai · Z. Chang · G. Chen · C. Chen · Y.Y. Du · P.Y. Feng · M. Gao · R. Gao · D.Y. Guo · J.J. He · D.J. Hou · C.Y. Li · G. Li · L. Li · X.F. Li · M.S. Li · F.J. Lu · H. Lu · B. Meng · W.X. Peng · F. Shi · H. Wang · J.Z. Wang · Y.S. Wang · H.Z. Wang · X. Wen · S. Xiao · Y.P. Xu · J.W. Yang · Q.B. Yi · S.N. Zhang · C.Y. Zhang · C.M. Zhang · F. Zhang · Y. Zhao · X. Zhou

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00289-y

中文导读:每个GECAM卫星载荷包含25个伽马射线探测器(GRDs),用于探测伽马射线和粒子,并确定伽马射线暴的大致位置。本文基于溴化镧(LaBr3)晶体,设计了后端耦合硅光电倍增管(SiPM)阵列进行读出的GRD,并基于Monte Carlo模拟和实验测试结果,优化了GRD的具体方案设计和装配工艺。完成组装后,利用放射源进行了性能试验,并进行了随机振动试验。


6. The data acquisition algorithm designed for the SiPM-based detectors of GECAM satellite

Y.Q. Liu · K. Gong · X.Q. Li · X.Y. Wen · Z.H. An · C. Cai · Z. Chang · G. Chen · C. Chen · Y.Y. Du · M. Gao · R. Gao · D.Y. Guo · J.J. He · D.J. Hou · Y.G. Li · C.Y. Li · G. Li · L. Li · X.F. Li · M.S. Li · X.H. Liang · X.J. Liu · F.J. Lu · H. Lu · B. Meng · W.X. Peng · F. Shi · X.L. Sun · H. Wang · J.Z. Wang · Y.S. Wang · H.Z. Wang · X. Wen · S. Xiao · S.L. Xiong · Y.B. Xu · Y.P. Xu · S. Yang · J.W. Yang · Q.B. Yi · F. Zhang · D.L. Zhang · S.N. Zhang · C.Y. Zhang · C.M. Zhang · F. Zhang · X.Y. Zhao · Y. Zhao · X. Zhou

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00311-3

中文导读:GECAM GRD中的SiPM阵列探测器的输出信号非常特殊,读出较为困难。本文设计并实现了一种新型的探测器数据采集(DAQ)算法,并对输出事件包的内容进行了定义。


7. The design and performance of charged particle detector onboard the GECAM mission

Y.B. Xu · X.Q. Li · X.L. Sun · S. Yang · H. Wang · W.X. Peng · X.H. Liang · K. Gong · Y.Q. Liu · D.Y. Guo · X.Y. Zhao · C.Y. Li · Z.H. An · J.J. He · X.J. Liu · X.Y. Wen · S.L. Xiong · F. Zhang · D.L. Zhang · C.Y. Zhang · C. Cai · Z. Chang · G. Chen · C. Chen · Y.Y. Du · M. Gao · R. Gao · D.J. Hou · Y.G. Li · G. Li · L. Li · X.F. Li · M.S. Li · F.J. Lu · H. Lu · B. Meng · F. Shi · J.Z. Wang · Y.S. Wang · H.Z. Wang · X. Wen · S. Xiao · Y.P. Xu · J.W. Yang · Q.B. Yi · S.N. Zhang · C.M. Zhang · F. Zhang · Y. Zhao · X. Zhou

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00298-x

中文导读:GECAM卫星中的荷电粒子探测器(CPD)用于测量空间环境中的荷电粒子,监测能量和流强度的变化,与GRD联合可以鉴别伽玛暴与空间荷电粒子事件。本文介绍了CPD的工作原理、物理设计、功能实现和初步性能测试结果。地面标定实验显示CPD的电子能量范围、伽玛射线探测效率和死时间等均优于指标要求。


8. Dedicated SiPM array for GRD of GECAM

D.L. Zhang · X.L. Sun · Z.H. An · X.Q. Li · X.Y. Wen · K. Gong · C. Cai · Z. Chang · G. Chen · C. Chen · Y.Y. Du · M. Gao · R. Gao · D.Y. Guo · J.J. He · D.J. Hou · Y.G. Li · C.Y. Li · G. Li · L. Li · X.F. Li · M.S. Li · X.H. Liang · X.J. Liu · Y.Q. Liu · F.J. Lu · H. Lu · B. Meng · W.X. Peng · F. Shi · H. Wang · J.Z. Wang · Y.S. Wang · H.Z. Wang · X. Wen · S. Xiao · S.L. Xiong · Y.B. Xu · Y.P. Xu · S. Yang · J.W. Yang · F. Zhang · S.N. Zhang · C.Y. Zhang · C.M. Zhang · F. Zhang · X.Y. Zhao · X. Zhou

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00299-w

中文导读:本文介绍了GECAM卫星GRD的SiPM阵列。为满足微型卫星的尺寸限制,GRD采用硅光电倍增管(SiPM)代替光电倍增管(PMT),并采用了一个独特的3英寸圆形SiPM阵列,64片6 × 6 mm芯片呈圆形均匀排列,并将反射膜填充在缝隙中,从而达到了良好的光子收集均匀性。SiPM阵列背面的集成前置放大电路采用两级分组和求和,实现了令人满意的信噪比。采用高增益和低增益两个通道实现较大的动态范围,并采用两组独立的电源单元,每个单元可以单独供电,提高了可靠性。


9. Quality assurance test and failure analysis of SiPM arrays of GECAM satellites

D.L. Zhang · M. Gao · X.L. Sun · X.Q. Li · Z.H. An · X.Y. Wen · C. Cai · Z. Chang · G. Chen · C. Chen · Y.Y. Du · R. Gao · K. Gong · D.Y. Guo · J.J. He · D.J. Hou · Y.G. Li · C.Y. Li · G. Li · L. Li · X.F. Li · M.S. Li · X.H. Liang · X.J. Liu · Y.Q. Liu · F.J. Lu · H. Lu · B. Meng · W.X. Peng · F. Shi · H. Wang · J.Z. Wang · Y.S. Wang · H.Z. Wang · X. Wen · S. Xiao · S.L. Xiong · Y.B. Xu · Y.P. Xu · S. Yang · J.W. Yang · Fan. Zhang · S.N. Zhang · C.Y. Zhang · C.M. Zhang · F. Zhang · X.Y. Zhao · X. Zhou

https://link.springer.com/article/10.1007/s41605-021-00282-5

中文导读:GECAM卫星使用了基于SiPM的伽马射线探测器,用于监测引力波相关的伽马射线暴,并可指导后续其他波长电磁波的探测。现有的SiPM设备均属于商用级,需要对其按照航空航天标准进行质量保证测试。本文对GECAM的SiPM进行了质量保证测试,并分析了SiPM器件在研制过程中的失效机理。


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