CSR強子探測器讀出電子學(xué)方法研究.pdf

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

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

3、成本和低功耗的特點。時間測量技術(shù)包括定時和時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換。前沿定時是粒子物理實驗中最常用的定時方式。前沿定時結(jié)構(gòu)簡單，但需要進(jìn)行“時間游動”修正，修正方法有波形數(shù)字化、幅度修正和電荷修正。定時后的信號送到時間數(shù)字化芯片(TDC)中進(jìn)行量化。時幅變換TDC、Wilkingson型TDC、游標(biāo)卡尺型TDC和計數(shù)器TDC都可以得到很高的時間測量精度。歐洲核子中心(CERN)開發(fā)的HPTDC是一種非常適合粒子物理實驗的高性能數(shù)據(jù)驅(qū)動型TDC。

4、 SFE16是一款基于TOT技術(shù)的16通道集成芯片。每個通道由一個電荷靈敏前放、極零相消電路、兩級濾波成形電路、主放大器、甄別器和輸出驅(qū)動電路組成，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)行時間和電荷測量。前端處理模塊的SFE16用于對探測器信號放大、成形和甄別。前端處理模塊通過差分電纜連接到64通道時間測量模塊。安裝在PXI機箱內(nèi)的64通道時間測量模塊采用了IIPTDC完成時間測量。測

5、量數(shù)據(jù)通過PXI總線傳輸?shù)接嬎銠C。 飛行時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方案，其讀出電子學(xué)系統(tǒng)也采用TOT技術(shù)。為了保證時間測量精度，信號先分成兩路，其中一路送到前沿定時甄別器和HPTDC中進(jìn)行時間測量，另一路送到SFE16和HPTDC進(jìn)行電荷測量。電荷信息用來進(jìn)行時間游動效應(yīng)修正。8個通道的電路集成在一塊3U尺寸的PXI模塊上。測試數(shù)據(jù)通過PXI總線傳輸?shù)接嬎銠C。 讀出電子學(xué)系統(tǒng)的測試包括時間性能和