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大亚湾中微子实验PMT读出电子学研究

2020-12-11阅读(499)

大亚湾中微子实验PMT读出电子学研究

论文摘要

读出电子学系统是高能物理实验的重要课题,一个成熟可靠、性能优良的读出电子学系统对于实验的成功起着关键性的作用。本篇论文论述了大亚湾中微子实验PMT(光电倍增管)读出电子学的研究,以大亚湾中微子实验的具体需求为目标,在借鉴ATLAS与BESIII读出电子学的基础上,完成了大亚湾实验的PMT读出电子学；文中详细介绍了PMT读出电子学的设计方案。与国内外同类电路相比,大亚湾PMT读出电子学具有动态范围大、测量精度高、死时间更短等优点；DAQ、模型探测器、中心探测器Dry run实验中FEE的测试结果表明,PMT读出电子学的设计是成功的,实现了既定设计目标,能够满足大亚湾实验对PMT信号读出的要求。作为PMT读出电子学研究重要组成部分的PMT信号分析,发现了陶瓷电容在高压下的振荡现象,这是国内外高能物理实验中首次发现并解决陶瓷电容高压下的振荡现象,为实验设计提供最优化改进的方案。而作为PMT读出电子学改进设计有效环节的FEE数据分析,既从物理角度研究了FEE的读出时间窗口长度对物理事例的影响,又从电子学的角度对Fadc插件性能进行了检验；同时基于LED事例下的触发效率研究更是对整个大亚湾实验的触发效率预测有着重要的参考作用。目前大亚湾中微子实验的PMT读出电子学已经完成了基本的设计,基于反中微子探测器的PMT读出电子学系统的最终设计方案件在2009年通过了专家评审,并且成功应用在DryRun实验中。实验结果表明,PMT读出电子学的性能和可靠性满足大亚湾实验的设计要求。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 图目录
  • 表目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 粒子物理与粒子物理实验
  • 1.2 高能物理电子学系统概述
  • 1.3 论文内容和结构
  • 1.4 论文贡献及创新点
  • 第2章 大亚湾反应堆中微子实验
  • 2.1 物理背景
  • 2.1.1 中微子震荡
  • 13的物理意义'>2.1.2 探测量θ13的物理意义
  • 2.1.3 预期科学目标
  • 2.2 大亚湾的总体布局
  • 2.2.1 子探测器
  • 2.2.2 中心（AD）探测器
  • 2.2.3 反符合探测器
  • 2.3 大亚湾电子学系统
  • 2.3.1 PMT Readout Electronic System
  • 2.3.2 RPC Readout Electronic System
  • 2.3.3 Trigger System
  • 2.3.4 Clock System
  • 2.3.5 DAQ System
  • 2.3.6 DCS System
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 大亚湾实验PMT读出电子学（FEE）
  • 3.1 大亚湾PMT读出电子学的设计需求
  • 3.1.1 电荷测量
  • 3.1.2 时间测量
  • 3.2 电荷测量方案
  • 3.2.1 总体设计方案
  • 3.2.2 滤波成形电路
  • 3.2.3 寻峰逻辑
  • 3.3 时间测量方案
  • 3.3.1 时间测量特点
  • 3.3.2 时间测量中的定时方法
  • 3.3.3 基于FPGA的时间测量
  • 3.4 FEE硬件设计
  • 3.4.1 FEE总体结构
  • 3.4.2 FEE与其他插件的信号连接
  • 3.4.3 FEE印制板
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 PMT读出电子学信号研究
  • 4.1 PMT读出电子学模拟
  • 4.1.1 电子学模拟的意义
  • 4.1.2 电了学模拟软件介绍
  • 4.1.3 光电倍增管信号读出
  • 4.1.4 仿真电路
  • 4.2 PMT读出电子学信号研究
  • 4.2.1 PMT信号测试实验
  • 4.2.2 PMT信号测试出现振铃现象
  • 4.2.3 PMT大振铃信号产生原因的分析
  • 4.2.4 PMT大振铃信号的解决方法
  • 4.2.5 实验小结
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 PMT读出电子学插件（FEE）单板测试
  • 5.1 基本功能测试
  • 5.1.1 输入波形
  • 5.1.2 甄别器功能测试
  • 5.1.3 成形输出信号测试
  • 5.1.4 Esum输出信号测试
  • 5.1.5 nPMT输出信号测试
  • 5.1.6 低量程ADC台基恢复测试
  • 5.2 电荷测量方案
  • 5.2.1 单光电子的电荷量
  • 5.2.2 台基及RMS测量
  • 5.2.3 电荷分辨测量
  • 5.2.4 积分非线性测量
  • 5.3 FEE时间测量方案
  • 5.4 通道间串扰测试
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 PMT读出电子学小系统联调
  • 6.1 PMT读出电子学小系统
  • 6.1.1 小系统介绍
  • 6.1.2 小系统DAQ
  • 6.1.3 小系统数据格式
  • 6.2 小系统FEE调试
  • 6.2.1 FEE电子学诊断模式
  • 6.2.2 FEE台阶模式
  • 6.3 小系统联调
  • 6.3.1 FEE与LTB测试
  • 6.3.2 FEE与FADC测试
  • 6.3.3 小系统CBLT测试
  • 6.4 本章小结
  • 第7章 PMT读出电子学模型探测器验证
  • 7.1 中微子模型探测器
  • 7.1.1 中微子模型探测器系统
  • 7.1.2 模型探测器PMT读出电子学系统
  • 7.1.3 探测器刻度与监测
  • 7.2 模型探测器系统测试
  • 7.2.1 模型探测器FEE捅件测试
  • 7.2.2 模型探测器小系统测试
  • 7.2.3 模型探测器PMT/放射源测试
  • 7.3 模型探测器研究成果
  • 7.4 本章小结
  • 第8章 PMT读出电子学DryRun实验应用及研究
  • 8.1 大亚湾DryRun实验
  • 8.1.1 AD MiniDryRun实验
  • 8.1.2 AD DryRun实验
  • 8.2 Dryrun实验PMT读出电子学系统应用
  • 8.2.1 PMT读出电子学
  • 8.2.2 光电倍增管
  • 8.2.3 中心探测器
  • 8.2.4 小结
  • 8.3 DryRun实验FEE读出窗口研究
  • 8.3.1 FEE读出窗口
  • 8.3.2 FEE读出窗口配置对物理事例的影响
  • 8.3.3 FEE 1.2us读出窗口的应用
  • 8.3.4 小结
  • 8.4 DryRun实验FADC分析
  • 8.4.1 FADC数据检查
  • 8.4.2 FADC动态范围
  • 8.5 基于DryRun实验的触发效率研究
  • 8.5.1 研究的意义
  • 8.5.2 实验方法
  • 8.5.3 触发效率的计算方法
  • 8.5.4 影响触发效率的因素
  • 8.5.5 触发效率研究小结
  • 8.6 本章小结
  • 第9章 总结
  • 参考文献
  • 发表文章
  • 致谢
  • 附录

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