基于重心法多絲正比室探測(cè)器讀出電子學(xué)研究.pdf

1、中國(guó)散裂中子源(China Spallation Neutron Source，CSNS)是一種基于先進(jìn)加速器技術(shù)的先進(jìn)中子源，它主要由一臺(tái)80 MeV負(fù)氫直線(xiàn)加速器、一臺(tái)1.6 GeV快循環(huán)質(zhì)子同步加速器及其前后兩條束流傳輸線(xiàn)、一個(gè)靶站和三臺(tái)中子譜儀及相應(yīng)的配套設(shè)施組成。三臺(tái)譜儀包含了多功能反射儀、小角散射儀和高通量粉末衍射儀。作為發(fā)展中國(guó)家的第一臺(tái)散裂中子源，建成后將和正在運(yùn)行的美國(guó)、日本與英國(guó)散裂中子源一起，構(gòu)成世界四大脈沖散裂中

2、子源，這將大為提升我國(guó)基礎(chǔ)研究和高技術(shù)水平，縮短我國(guó)與世界前沿30年的差距。
　　本論文針對(duì)于多功能反射儀中用到的多絲正比室探測(cè)器(MWPC)進(jìn)行了判定粒子二維位置和讀出電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)的研究。當(dāng)中子進(jìn)入多絲正比室，與充滿(mǎn)室內(nèi)的3He氣體作用，將產(chǎn)生電子和正離子等次級(jí)粒子，電子在陽(yáng)極絲附近雪崩形成的正離子云向陰極漂移，兩陰極面上將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，各個(gè)通道的電荷大小與原初產(chǎn)生電離的電子位置有關(guān)，只需測(cè)量出各個(gè)通道的電荷量大小

3、，再采用重心法就能估算出電子發(fā)生雪崩的二維位置。本設(shè)計(jì)一共包含150個(gè)通道，能夠測(cè)量探測(cè)器X方向50個(gè)通道，Y方向100個(gè)通道。系統(tǒng)以FPGA作為數(shù)據(jù)處理核心，包含模擬信號(hào)輸入模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和網(wǎng)絡(luò)輸出模塊的電路板。模擬信號(hào)輸入級(jí)采用電荷靈敏前置放大器，對(duì)探測(cè)器輸出的微弱電流信號(hào)進(jìn)行積分，再經(jīng)過(guò)濾波成型處理，使之成為準(zhǔn)高斯波形，控制合適的放大倍數(shù)，此時(shí)將輸出一個(gè)與電荷量成正比的電壓信號(hào)，并滿(mǎn)足模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入要求。通過(guò)ADC

4、對(duì)模擬信號(hào)采樣，使之轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，再對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行尋峰操作，取得的峰值大小即為電荷量。為提高數(shù)據(jù)處理能力，本設(shè)計(jì)使用了兩塊FPGA，采用子母板結(jié)構(gòu)，子板FPGA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行尋峰操作，母板FPGA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)并打包，通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將數(shù)據(jù)送到PC機(jī)進(jìn)行下一步的處理。
　　探測(cè)器發(fā)送出來(lái)的電信號(hào)十分微弱，為方便對(duì)信號(hào)的處理，必須要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)采用電荷靈敏前置放大器能夠有效的將信號(hào)進(jìn)行積分和初步放大，并采用8路輸