ATLAS液氩量能器一期升级前端触发电子学原型系统研究

发布时间：2021-06-30 19:20

　　超环面仪器实验装置（ATLAS）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的七大探测器谱仪之一。它利用大型强子对撞机LHC（Large Hadron Collider）空前的高质心对撞能量等优越实验条件,着力于研究希格斯玻色子、β衰变中的CP破坏线索以及Top夸克属性等未知的物理现象。ATLAS在2012年夏天探测到的希格斯玻色子（125GeV）无疑带给世界一个振奋人心的好消息。为了进一步提高ATLAS研究潜力并满足更广泛的物理需求,ATLAS合作组决定提升探测器的硬件性能,并随之制定了“ATLAS三期逐步升级”方案。其中,“一期升级”要求ATLAS探测器在更高亮度、更严重的堆积噪声环境中仍需保持100kHz触发带宽,这个挑战使探测器的升级以及新触发读出系统的研制都迫在眉睫。本论文以介绍ATLAS液氩量能器一期升级的前端电子学系统设计背景为出发点：首先提出了液氩数字化触发系统的可行性研究方案；然后介绍了液氩数字化触发系统中核心器件的选型以及各器件独立测试模块的设计及评估（电气性能和耐辐照性能）；进而详细说明了1/4液氩数字化触发原型系统的整体设计以及其测试系统的搭建、测试结果的分析；最后简要介绍... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 ：粒子物理实验中的量能器概述
    1.1 粒子物理实验中量能器的作用
    1.2 粒子物理实验中量能器类型及其电子学
        1.2.1 粒子物理实验中量能器类型
        1.2.2 粒子物理实验中量能器的电子学
    1.3 ATLAS液氩量能器及其电子学特点
    参考文献
第2章 ：ATLAS液氩量能器一期升级的背景
    2.1 LHC及ATLAS液氩量能器升级的总体规划
    2.2 ATLAS液氩量能器一期升级的物理需求
    2.3 ATLAS液氩量能器一期升级目的及兼容性
    参考文献
第3章 ：ATLAS液氩量能器电子学系统的现状
    3.1 ATLAS液氩量能器的当前粒度分布及信号特征
        3.1.1 ATLAS液氩量能器当前粒度分布
        3.1.2 ATLAS液氩量能器信号特征
    3.2 ATLAS液氩量能器当前的电子学系统简介
        3.2.1 当前电子学系统的性能参数
        3.2.2 液氩量能器当前的电子学系统
            3.2.2.1 前端电子学系统
            3.2.2.2 后端电子学系统
        3.2.3 当前的触发电子学系统的局限性
        3.2.4 当前的触发电子学系统的升级目标
    参考文献
第4章 ：液氩数字化触发系统设计方法的可行性研究
    4.1 液氩数字化触发系统的背景简介
        4.1.1 液氩数字化触发系统的工作背景
        4.1.2 液氩数字化触发系统的设计需求
    4.2 液氩数字化触发系统的研制方案
        4.2.1 液氩数字化触发系统的研制重点
        4.2.2 液氩数字化触发系统的分阶研制计划
            4.2.2.1 独立模块化验证
            4.2.2.2 1/4液氩数字化触发原型系统研制
            4.2.2.3 液氩数字化触发验证系统设计
            4.2.2.4 液氩数字化触发系统实现
    4.3 液氩数字化触发系统核心器件评估
        4.3.1 商用ADC芯片的耐辐照性能测试
            4.3.1.1 总剂量效应测试
            4.3.1.2 单粒子翻转效应测试
            4.3.1.3 退火测试
        4.3.2 Kintex-7 FPGA功能验证
        4.3.3 光纤链路验证设计
    参考文献
第5章 ：1/4液氩数字化触发原型系统设计
    5.1 1/4液氩数字化触发原型系统的原理设计
        5.1.1 模拟信号注入模块
        5.1.2 1/4数字化触发母板
        5.1.3 模拟信号调理子模块
        5.1.4 光纤子卡系列
    5.2 1/4液氩数字化触发原型系统的版图设计
    5.3 1/4液氩数字化触发原型系统的测试
        5.3.1 1/4液氩数字化触发原型系统的测试类型及目的
        5.3.2 1/4液氩数字化触发原型系统的测试方法及原理
            5.3.2.1 1/4液氩数字化触发原型系统的测试方法
            5.3.2.2 1/4液氩数字化触发原型系统的测试原理
        5.3.3 1/4液氩数字化触发原型系统的性能测试(Ⅰ)-4通道
            5.3.3.1 噪声测试
            5.3.3.2 非线性测试
            5.3.3.3 串扰测试
        5.3.4 1/4液氩数字化触发原型系统的性能测试(Ⅱ)-80通道
            5.3.4.1 噪声测试
            5.3.4.2 非线性测试
            5.3.4.3 串扰测试
            5.3.4.4 基线测试
    参考文献
第6章 ：液氩数字化触发验证系统研究
    6.1 液氩数字化触发验证系统的设计
        6.1.1 全尺寸数字化触发母板
        6.1.2 模拟信号调理子模块
        6.1.3 光纤子卡系列
        6.1.4 LTDB机械验证模块
    6.2 液氩数字化触发验证系统测试结果展示
    参考文献
第7章 ：总结和展望
    7.1 总结和展望
    7.2 论文创新点
致谢
在读期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]双读出量能器用闪烁晶体研究进展[J]. 肖学峰,徐家跃,向卫东.  无机材料学报. 2013(04)
[2]水基契伦科夫量能器单元的蒙特卡罗模拟[J]. 陈明君,张峰,王贻芳.  高能物理与核物理. 2003(11)
[3]用APD和钨酸铅构造新型电磁量能器的实验进展[J]. 陈端保,吕雨生,何景棠,朱国义,李祖豪,董晓黎.  核电子学与探测技术. 2000(01)
[4]双极运算放大器的辐射效应和退火特性[J]. 陆妩,任迪远,郭旗,余学锋,范隆,张国强,严荣良.  半导体学报. 1998(05)

博士论文
[1]基于开关电容矩阵的波形数字化技术研究[D]. 王进红.中国科学技术大学 2012
[2]北京谱仪（BESIII）飞行时间读出电子学系统设计与实现[D]. 郭建华.中国科学技术大学 2007



本文编号：3258335