反电子中微子的反β衰变反应链实验的触发系统实现

论文摘要

中微子的实验研究对理解宇宙的演化和揭示可能出现的新物理具有非常重要的意义,是当前的一个研究热点。论文从不同类型中微子物理实验研究的目的和要求出发,分析了在中微子探测中所采用的反电子中微子反β衰变反应链模式的特性。有针对性地设计了相关的电子学触发系统,实现了对中微子信号的探测。针对日本超级神冈中微子实验在探测超新星遗迹中微子过程中所出现的本底与信号特性,首次提出了正电子关联的强制触发机制。在该实验已有的触发系统基础上添加了强制触发模块,使探测器在纯水环境中具有识别反电子中微子的反β衰变反应链的能力。该方法成功降低了非关联的宇宙线本底,提高了统计显著性,实现无触发阈状态下探测中微子事例,触发模块自身的触发效率接近100%。并在水质切伦科夫探测器中首次观察到中子衰变曲线,测量出相应的中子寿命为(201±13)μs。而在要求高精度的大亚湾反应堆中微子振荡实验中,为整个实验设计了完整的触发系统。通过多种独立触发机制的互相校验,保证触发的高效率和可测量;用高速可编程电子学技术提高了触发系统的灵活性,能适用于不同的子探测器;设计了子探测器间的交叉触发增强对本底事例的研究手段;独立高精度的时钟系统提供了分布式实验站的基准时间,在不增加相关子探测器相关度的前提下建立物理事例的时间关联。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文工作背景
• 1.3 论文工作的内容和意义
• 1.3.1 课题研究的主要内容
• 1.3.2 论文各部分主要内容
• 1.3.3 课题研究的意义和创新点
• 第2章 中微子物理和中微子的实验探测
• 2.1 中微子物理和研究热点
• 2.1.1 中微子
• 2.1.2 超新星和中微子
• 2.1.3 中微子振荡
• 13 的测量'>2.1.4 反应堆中微子与θ₁₃的测量
• 2.2 中微子的探测和反电子中微子的反β衰变的研究
• 2.2.1 中微子与物质的相互作用
• 2.2.2 反电子中微子的反β衰变
• 2.2.3 切伦科夫探测原理
• 2.3 触发系统的原理和研究
• 2.3.1 触发系统的原理
• 2.3.2 触发系统的特点
• 2.3.3 中微子实验的触发系统
• 第3章 超级神冈中微子实验的强制触发系统的设计与实现
• 3.1 超级神冈实验及其物理意义
• 3.1.1 SK 探测器
• 3.1.2 SK 电子学系统
• 3.1.3 SK 触发系统
• 3.2 超新星遗迹中微子
• 3.2.1 SRN 探测的宇宙学意义
• 3.2.2 SRN 的模型和预测
• 3.2.3 超级神冈对SRN 的现有探测结果
• 3.3 强制触发系统的设计和实现
• 3.3.1 反β衰变的中子标记方法
• 3.3.2 强制触发的原理和构成
• 3.3.3 强制触发的硬件模块设计
• 3.3.4 强制触发的在线筛选算法
• 3.3.5 强制触发的离线分析算法
• 3.4 实验结果和分析
• 3.4.1 实验设置
• 3.4.2 FOG 实验的过程和改进
• 3.4.3 实验结果分析
• 3.5 SK 中FOG 实验结论
• 第4章 大亚湾反应堆中微子实验的触发系统的设计与实现
• 4.1 DayaBay 实验背景介绍及其物理意义
• 4.2 DayaBay 实验整体框架结构
• 4.2.1 实验总体布局
• 4.2.2 多模块中微子探测器
• 4.2.3 DayaBay 电子学结构
• 4.3 DayaBay 实验触发电子学系统的结构设计
• 4.3.1 系统设计要求
• 4.3.2 反中微子探测器触发系统
• 4.3.3 μ触发系统
• 4.3.4 时间系统设计
• 4.3.5 触发电子学系统结构设计
• 4.4 DayaBay 实验触发板的硬件设计
• 4.4.1 触发板的硬件架构
• 4.4.2 FPGA 电路的实现
• 4.4.3 LVDS 收发器电路实现
• 4.4.4 LVPECL 收发器电路实现
• 4.4.5 能量求和触发电路的实现
• 4.5 DayaBay 实验触发系统软件设计
• 4.5.1 软件架构
• 4.5.2 软件模块设计
• 4.5.3 触发率的交叉检验机制的实现
• 4.6 DayaBay 实验触发系统测试和结果
• 第5章 结论
• 5.1 论文主要成果
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果