CSR強(qiáng)子探測(cè)器讀出電子學(xué)方法研究.pdf

1、蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)(HIRFL-CSR)工程的CSRm內(nèi)靶實(shí)驗(yàn)將利用重離子束流進(jìn)行強(qiáng)子物理研究，包含的探測(cè)器設(shè)備有：徑跡探測(cè)器、飛行時(shí)間探測(cè)器、電磁量能器和強(qiáng)子量能器等。CSRm外靶實(shí)驗(yàn)將在核物質(zhì)狀態(tài)方程、放射性束物理和超核等方面開(kāi)展物理研究，包含的探測(cè)器設(shè)備有：起始時(shí)間探測(cè)器，靶區(qū)γ探測(cè)器，大接收度二極磁鐵，多絲漂移室徑跡探測(cè)器，飛行時(shí)間墻和中子墻等。其中，多絲漂移室通過(guò)測(cè)量帶電粒子的漂移時(shí)間得到粒子徑跡信息，飛行時(shí)間墻和中子

2、墻采用了快塑料閃爍體加光電倍增管的探測(cè)方案測(cè)量粒子飛行時(shí)間，要求讀出電子學(xué)系統(tǒng)具有高精度時(shí)間電荷測(cè)量性能。本論文將研究多絲漂移室、飛行時(shí)間墻和中子墻的讀出電子學(xué)方法，設(shè)計(jì)基于TOT(Time-over-Threshold)技術(shù)的讀出電子學(xué)系統(tǒng)并進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試。 探測(cè)器讀出電子學(xué)主要涉及兩個(gè)方面的技術(shù)——電荷測(cè)量和時(shí)間測(cè)量。電荷測(cè)量技術(shù)包括電荷-電壓轉(zhuǎn)換、波形數(shù)字化和電荷-時(shí)間轉(zhuǎn)換三種?；赥OT技術(shù)的電荷-時(shí)間轉(zhuǎn)換具有電路簡(jiǎn)單、低

3、成本和低功耗的特點(diǎn)。時(shí)間測(cè)量技術(shù)包括定時(shí)和時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換。前沿定時(shí)是粒子物理實(shí)驗(yàn)中最常用的定時(shí)方式。前沿定時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要進(jìn)行“時(shí)間游動(dòng)”修正，修正方法有波形數(shù)字化、幅度修正和電荷修正。定時(shí)后的信號(hào)送到時(shí)間數(shù)字化芯片(TDC)中進(jìn)行量化。時(shí)幅變換TDC、Wilkingson型TDC、游標(biāo)卡尺型TDC和計(jì)數(shù)器TDC都可以得到很高的時(shí)間測(cè)量精度。歐洲核子中心(CERN)開(kāi)發(fā)的HPTDC是一種非常適合粒子物理實(shí)驗(yàn)的高性能數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型TDC。

4、 SFE16是一款基于TOT技術(shù)的16通道集成芯片。每個(gè)通道由一個(gè)電荷靈敏前放、極零相消電路、兩級(jí)濾波成形電路、主放大器、甄別器和輸出驅(qū)動(dòng)電路組成，輸出脈沖的寬度與輸入電荷量相關(guān)。 多絲漂移室讀出電子學(xué)系統(tǒng)采用了SFE16進(jìn)行時(shí)間和電荷測(cè)量。前端處理模塊的SFE16用于對(duì)探測(cè)器信號(hào)放大、成形和甄別。前端處理模塊通過(guò)差分電纜連接到64通道時(shí)間測(cè)量模塊。安裝在PXI機(jī)箱內(nèi)的64通道時(shí)間測(cè)量模塊采用了IIPTDC完成時(shí)間測(cè)量。測(cè)

5、量數(shù)據(jù)通過(guò)PXI總線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。 飛行時(shí)間墻和中子墻都采用了快塑料閃爍體加光電倍增管的探測(cè)方案，其讀出電子學(xué)系統(tǒng)也采用TOT技術(shù)。為了保證時(shí)間測(cè)量精度，信號(hào)先分成兩路，其中一路送到前沿定時(shí)甄別器和HPTDC中進(jìn)行時(shí)間測(cè)量，另一路送到SFE16和HPTDC進(jìn)行電荷測(cè)量。電荷信息用來(lái)進(jìn)行時(shí)間游動(dòng)效應(yīng)修正。8個(gè)通道的電路集成在一塊3U尺寸的PXI模塊上。測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)PXI總線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。 讀出電子學(xué)系統(tǒng)的測(cè)試包括時(shí)間性能和