基于Geant4的ARGO实验探测器模拟程序

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1、山东大学硕士学位论文摘要无论在加速器高能物理还是在宇宙线高能物理的研究中，探测器都是实验的载体，是发生实验现象和产生实验数据的地方，因此，在高能物理实验模拟工作中，探测器的模拟是致关重要的，模拟后的探测器的工作情况的好坏将直接影响模拟实验数据。位于西藏羊八井的ARGO宇宙线观测站的广延大气簇射地面探测实验采用了由阻性板记数器(ResistivePlateChamber，l心C)所组成的“地毯式"探测器阵列，具有高的覆盖率和很好的时间、空间分辨率的特性，可以对到达阵列的EAS粒子的时间和空间分布进行较为细致的测量。其实验目标是利用当地良好的

2、自然条件以及高海拔地区优势等研究小范围内的大气簇射现象，进而研究如宇宙线粒子，y暴天文，寻找河内、外源，在TeV量级上分析宇宙反质子丰度等一系列基本问题。高海拔和全覆盖技术使得ARGO阵列具有探测小空气簇射的能力，使其探测阈能可达到约IOOGeV，其探测器能区可以与卫星实验相衔接，并且覆盖了卫星实验和地面切伦科夫望远镜实验之间的能区空白。在过去几年，ARGO探测器的模拟是基于Geant3完成的并命名为ARGO．G，Geant3是采用Fortran语言开发的探测器模拟软件，也曾被广泛的应用于众多的高能物理实验。但随着面向对象的C++编程语言

3、的逐渐发展和被广泛应用，人们意识到，可以基于C++开发出另一种模拟软件包来模拟高能物理实验的探测器，这个模拟软件包就是Geant4。本文首先介绍了基于C++开发的Geant4软件包以及如何使用Geant4模拟简单的探测器，主要工作是采用基于C++开发的Geant4软件包来模拟ARGO实验探测器，并通过试运行来测试模拟后的探测器能否达到预期的功能和目标。模拟过程中将ARGO实验探测器分成了相对相互独立的几个模块，不同的模块之间由接口程序来实现联接，为了能够读取由CORSIKA模拟产生的EAS模拟数据，在本程序的事例产生模块中建立了一个接口程

4、序并命名为“AG4CorsikaInterface"。程序中各个模块分别为：运行控制参数管理模块、几何信息管理模块、探测器阵列构造模块、事例产生模块、灵敏探测器模块、击中信息数字化模块、触发判选模拟模块和模拟事例输出模块等。运行时要先由事例产生模块中的AG4CorsikaInterfaee读取由CORSIKA产生的模拟数山东大学硕士学位论文据(主要是EAS粒子的信息)，当模拟后的粒子进入探测器内部，将和探测器内的物质发生相互作用，探测器内部的灵敏探测器将被击中并产生击中信息，记录这些击中信息并将其数字化，然后数字化的击中信息被触发判选模块

5、读取，之后由事例输出模块输出这些事例信息。通过对特定事例的试运行和对模拟结果与实验数据的对比，我们发现采用Geant4模拟的探测器模拟结果与实验数据是基本一致的，本工作基本达到了预期的目标。关键词：Geant4，ARGO探测器，模拟程序¨山东大学硕士学位论文AbstractRegardlessofintheacceleratorhi曲energyphysicsorincosmicrayshi．ghenergyphysicsresearch,thedetectoriscarrieroftheexperiment，wheretheexperi

6、mentalphenomenonhappensandtheexperimentaldataproduces．therefore，duringthesimulationworkofthehighenergyphysicsexperiment，thedetectorsimulationisessentialandcrucial，andthenthesimulationdetectorworkingconditionqualitydirectlywillaffectthesimulationdataofexperiment．’Theappara

7、tusofARGOcosmicraysobservationstationlocatedatYangbajinginTibetconsistsofafullcoveragearrayofResistivePlateChamber．Ithashighcoveragefractionandverygoodtimeandspatialresolutioncharacteristic．ItCanmakeamoredetailedsurveyonthearrivaltimeandspatialdistributionoftheEASparticle

8、sthatarrivethearray．Itsexperimentalgoalistostudytheairshowerphenomenoninthesmallscopeusingthegoo