基于重心法多絲正比室探測器讀出電子學(xué)研究.pdf

1、中國散裂中子源(China Spallation Neutron Source，CSNS)是一種基于先進加速器技術(shù)的先進中子源，它主要由一臺80 MeV負(fù)氫直線加速器、一臺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、一個靶站和三臺中子譜儀及相應(yīng)的配套設(shè)施組成。三臺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)展中國家的第一臺散裂中子源，建成后將和正在運行的美國、日本與英國散裂中子源一起，構(gòu)成世界四大脈沖散裂中

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

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)計一共包含150個通道，能夠測量探測器X方向50個通道，Y方向100個通道。系統(tǒng)以FPGA作為數(shù)據(jù)處理核心，包含模擬信號輸入模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和網(wǎng)絡(luò)輸出模塊的電路板。模擬信號輸入級采用電荷靈敏前置放大器，對探測器輸出的微弱電流信號進行積分，再經(jīng)過濾波成型處理，使之成為準(zhǔn)高斯波形，控制合適的放大倍數(shù)，此時將輸出一個與電荷量成正比的電壓信號，并滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入要求。通過ADC

4、對模擬信號采樣，使之轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，再對該數(shù)字信號進行尋峰操作，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)計使用了兩塊FPGA，采用子母板結(jié)構(gòu)，子板FPGA對數(shù)據(jù)進行尋峰操作，母板FPGA對數(shù)據(jù)進行編號并打包，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將數(shù)據(jù)送到PC機進行下一步的處理。
　　探測器發(fā)送出來的電信號十分微弱，為方便對信號的處理，必須要對信號進行放大。本設(shè)計采用電荷靈敏前置放大器能夠有效的將信號進行積分和初步放大，并采用8路輸