《中国科学院研究生院（近代物理研究所）》2015年博士论文

发布时间：2016-12-02 20:29

本文关键词：新型塑闪阵列探测器读出系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

《中国科学院研究生院（近代物理研究所）》 2015年

新型塑闪阵列探测器读出系统的研究与实现

赵红赟

【摘要】：暗物质探测在当代粒子物理及天体物理领域是一项很热门的研究内容。由中国科学院空间科技先导专项支持的空间暗物质探测项目,将建造和发射科学卫星来寻找暗物质粒子的存在证据,进而开展空间暗物质研究。在该卫星中,中国科学院近代物理研究所承担研制一种新型的塑料闪烁体阵列探测器。作为探测卫星的重要分系统之一,需要完成近地空间高能粒子束中光子和电子的区分以及质子数Z=1~20的粒子鉴别。为了实现任务需求,本论文课题开展了该阵列探测器前端读出系统的设计与研究工作。论文重点讨论了该探测器的前端电子学硬件结构、FPGA控制逻辑的设计等关键技术问题;针对低功耗、高可靠性等诸多苛刻要求,探讨了解决方法与对策;论文还对地面检测验证系统以及试验与测试等问题进行了较详细的介绍。该新型塑闪阵列探测器前端读出电子学系统主要包括4块前端读出电子学电路(FEE),最小应用系统为360个输入通道,最多可扩展到512个输入通道。每块FEE主要基于先进的电荷测量电路和高性能FPGA构成。其中电荷测量电路采用了专用集成电路(ASIC)芯片VA32HDR14.2和16位数字化芯片AD976A,它们在FPGA的控制下实现对探测器输出信号的采样、处理、保持、数字化和缓存;FPGA则采用美国Actel公司生产的宇航级芯片,完成对电荷测量电路以及FEE板内其他功能电路的控制和状态监控。该前端电子学系统具有低功耗、模块化、便于扩展、通用性强等特点。该电路具有较好的可移植性和可扩展性,易于复制构建大型多通道前端读出系统。它具有较完善的电路功能和较强的自我保护能力,可靠性高,不仅可用于空间粒子探测器信号的处理,还可用于地面粒子物理实验探测器信号的处理。该论文工作中对塑闪FEE读出系统进行大量的确认测试,主要包括:实验室环境下的FPGA仿真测试、电子学测试和实验室环境下的探测器联调测试。前者可测试电子学系统的读出功能及其线性、噪声、稳定性、串扰等指标;后者通过探测器系统的自标定以及宇宙线测试,来评估系统的整体性能和能否实现预期的科学目标。实验结果表明,目前的读出系统方案总体上可以满足该阵列探测器系统的读出需求。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（近代物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P172;P145.9
【目录】：

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