ICF大陣列中子能譜儀記錄系統(tǒng)-Indico@IHEP

ICF大陣列中子飛行時(shí)間譜儀研制

匯報(bào)人：魏凌峰周榮占楊煒李偉男姚佳東楊朝文單位：四川大學(xué)報(bào)告提綱背景需求測(cè)量方案性能測(cè)試展望與總結(jié)背景需求工程背景靶丸的離子溫度kT，使得中子能譜成高斯型分布，由于分布寬度和離子溫度有關(guān)系：因此，通過(guò)測(cè)量中子能譜，可以診斷等離子體區(qū)域參數(shù)在ICF爭(zhēng)論中，激光與充純D2燃料靶作用后，產(chǎn)生初級(jí)反響為：次級(jí)反響為：一種測(cè)量思路：中子飛行時(shí)間法

“神光III”系統(tǒng)排布靶室和探測(cè)系統(tǒng)排布大面積中子探測(cè)器陣列測(cè)量中子能譜在一次ICF聚變中，要獲得中子的能譜，需要有足夠的中子計(jì)數(shù)。而一次ICF聚變，需要有很多探測(cè)器構(gòu)成的陣列同時(shí)測(cè)量?！吧窆釯II”原型大面積中子探測(cè)器陣列由960個(gè)獨(dú)立的閃爍體+光電倍增管組成。每個(gè)探測(cè)器測(cè)量到達(dá)探測(cè)器的中子的時(shí)間。960路探測(cè)器分別記錄的中子到達(dá)時(shí)刻,匯總可構(gòu)成中子飛行時(shí)間譜(TOF)。初級(jí)中子：次級(jí)中子：由于溫度效應(yīng)，飛行時(shí)間展寬：假設(shè)：kTi=4keV，L=16.7m

中子飛行時(shí)間估算可能消逝的信號(hào)序列測(cè)量方案激光同步信號(hào)Start探測(cè)器輸出信號(hào)Stop飛行時(shí)間時(shí)間測(cè)量單元根本框圖：定時(shí)電路時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換芯片F(xiàn)PGA信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元數(shù)據(jù)傳輸單元關(guān)鍵問(wèn)題測(cè)得準(zhǔn)全都性好？？提高測(cè)量精度1.選用精度高，時(shí)間抖動(dòng)小的芯片信號(hào)分發(fā)驅(qū)動(dòng)器：承受德州儀器的LMK00101，各通道延時(shí)晃動(dòng)小于6ps定時(shí)比較器：承受高速型MAX9601比較器，該器件為低功耗、超高速、超擺幅、滯回比較器，響應(yīng)時(shí)間為500ps，時(shí)間抖動(dòng)小于30ps時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換芯片：德國(guó)ACAM公司的TDC-GP2,連續(xù)記錄8次擊中時(shí)測(cè)量精度可達(dá)50ps2.定時(shí)電路的選擇前沿定時(shí)：在信號(hào)前沿到達(dá)某一固定電尋常觸發(fā)，作為信號(hào)到達(dá)時(shí)刻。假設(shè)信號(hào)上升時(shí)間一樣，有：甄別閾降低甄別閾可以削減幅度時(shí)間游動(dòng)，但會(huì)增大噪聲誤觸發(fā)幾率。提高甄別閾可以提高噪聲容限，但會(huì)增大幅度時(shí)間游動(dòng)。缺點(diǎn)：觸發(fā)時(shí)刻隨信號(hào)幅度變化會(huì)產(chǎn)生時(shí)間游動(dòng)。對(duì)于該系統(tǒng)指標(biāo)要求，必需進(jìn)展修正。信號(hào)1信號(hào)2t1t2VmVTtmt不承受！定時(shí)方案：恒比定時(shí)預(yù)甄別降噪，甄別閾值每路單獨(dú)可調(diào)甄別閾是信號(hào)幅度的固定比例可消退幅度變化引起的時(shí)間游動(dòng)t按比例衰減信號(hào)原始信號(hào)延時(shí)VtA(t)DelayPreDscfA(t)VenVo保證960路測(cè)量的全都性1.電路設(shè)計(jì)〔1〕每一路測(cè)量單元承受模塊化布局，消退因元件擺放不全都從而走線不全都引起的延時(shí)不同?！?〕布線過(guò)程中多處承受等長(zhǎng)走線，保證每一路信號(hào)進(jìn)入TDC延時(shí)一樣。2.通過(guò)擬合方式修正到真實(shí)值在進(jìn)展時(shí)間測(cè)量時(shí)，輸入信號(hào)的時(shí)間間隔和時(shí)間區(qū)分譜儀的測(cè)量值應(yīng)當(dāng)滿足下面的關(guān)系：

其中A和B為常數(shù)，Tbase為輸入信號(hào)的時(shí)間間隔，Tmeasure為高區(qū)分時(shí)間譜儀的測(cè)量值.進(jìn)展屢次測(cè)量，就得到了多組Tbase和Tmeasure的數(shù)據(jù)，通過(guò)線性擬合即可得到A和B的值。對(duì)每一路的探測(cè)結(jié)果都進(jìn)展這樣的擬合得到一個(gè)擬合公式，實(shí)現(xiàn)將測(cè)量值修正到真實(shí)值.3.可建立一個(gè)標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各路測(cè)量進(jìn)展標(biāo)定將來(lái)在ICF中大規(guī)模陣列探測(cè)的應(yīng)用中，建立一個(gè)標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)是解決八通道時(shí)間測(cè)量譜儀測(cè)量結(jié)果差異的有效方法.如：對(duì)于一樣時(shí)間間隔的輸入，不同通道的測(cè)量結(jié)果存在一固定的差異，以其中某一通道測(cè)量結(jié)果為基準(zhǔn)，對(duì)其余通道進(jìn)展標(biāo)定，這樣就建立了一組標(biāo)定參數(shù)，將全部通道對(duì)于盡量多的時(shí)間間隔的標(biāo)定參數(shù)集合起來(lái)，就構(gòu)成了標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù).基于以上設(shè)計(jì)，我們完成了第一批樣板：時(shí)間測(cè)量信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)交換性能測(cè)試1.定時(shí)精度測(cè)試

測(cè)試100ns——1500ns停頓信號(hào)的區(qū)分時(shí)間

〔開(kāi)頭信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波〕

試驗(yàn)條件：開(kāi)頭信號(hào):T=2us占空比=20%

停頓信號(hào)：T=200ns脈寬=15ns上升沿9.3ns

延時(shí)100ns100nsσ=0.084ns300nsσ=0.116ns500nsσ=0.115ns700nsσ=0.099ns區(qū)分時(shí)間最好的通道測(cè)試狀況如下：900nsσ=0.109ns1100nsσ=0.129ns1500nsσ=0.117ns1300nsσ=0.141ns100nsσ=0.135ns300nsσ=0.137ns500nsσ=0.143ns700nsσ=0.150ns區(qū)分時(shí)間最差的通道測(cè)試狀況如下：1300nsσ=0.183ns900nsσ=0.169ns1100nsσ=0.163ns1500nsσ=0.182ns各通道區(qū)分時(shí)間均方根值隨測(cè)量停立刻間變化：全都性測(cè)試

用前面提到的方法將各通道的測(cè)量結(jié)果用下面公式修正到1通道，通過(guò)線性擬合即可得到A和B的值，如下表所示.將各通道的測(cè)量值代入上述已經(jīng)確定A,B公式，即可得到修正

后的結(jié)果,各通道的修正結(jié)果如下表：通道4通道3通道2通道5通道6通道8通道7用各通道修正值與1通道測(cè)量值值作全都性比較：展望與總結(jié)下一步工作，將完成整套系統(tǒng)的安裝調(diào)試：時(shí)間測(cè)量插件1路Start80路Detector1路數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)插件1路Start10路Start1路Test10路Test數(shù)據(jù)交換插件10路數(shù)據(jù)X101路匯總數(shù)據(jù)1臺(tái)NIM機(jī)箱8路Detector系統(tǒng)構(gòu)成NIM機(jī)箱〔時(shí)間測(cè)量X10信號(hào)驅(qū)動(dòng)X1數(shù)據(jù)交換X1〕80路Detector1路Start1路Test1路匯總數(shù)據(jù)X12960路Detector12路Start12路Test12路匯總數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元1:12分發(fā)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)PC機(jī)1路Test1路Start12路Start12路Test12路匯總數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)機(jī)柜激光/測(cè)試信號(hào)同步驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)交換機(jī)地板0#機(jī)柜1#機(jī)柜2#機(jī)柜走線槽總結(jié)ICF大陣列中子飛行時(shí)間譜儀系統(tǒng)使用恒比定時(shí)方法時(shí)間檢出，T