RPC讀出電子學(xué)系統(tǒng)研究

中國原子能科學(xué)研究院核數(shù)據(jù)重點實驗室 蹇司玉 胡守揚 李笑梅

大亞灣核電站在發(fā)電過程中會伴隨產(chǎn)生大量的電子反中微子。并且由于大亞灣獨特的地理優(yōu)勢，為測量中微子交叉混合角θ13的測量提供了得天獨厚的實驗條件。實驗主要的本底來自宇宙射線。在實驗中采用阻性板氣體探測器（RPC）與水切倫科夫探測器實現(xiàn)宇宙射線的排除。為能準確去除宇宙射線的影響并且減少死區(qū)與死時間，宇宙射線位置的探測精度顯得特別重要。

RPC探測器位置分辨與其讀出條間距呈反比。但提高讀出條的密度降低其寬度需更多的讀出電子學(xué)通道會增加成本。探測器的前段讀出方式通常有數(shù)字讀出以及模擬讀出的方式。采用數(shù)字讀出方式直接將探測器的模擬信號通過比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而模擬讀出方式通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以將探測器信號的幅度值采集下來。數(shù)字讀出方式成本低廉，數(shù)據(jù)量小，但是會損失粒子能量度，每次粒子穿過探測器在一個讀出條上產(chǎn)生信號。因為實驗并沒有對探測器能量分辨上提出任何要求。因此讀出RPC探測器的信號采用數(shù)字讀出方式即可。

如圖1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)主要包括模擬甄別單元、閾值產(chǎn)生單元、數(shù)據(jù)緩存單元、開關(guān)控制單元、中斷產(chǎn)生單元、控制邏輯以及LVDS 通信單元。從RPC 產(chǎn)生的模擬信號先經(jīng)模擬甄別單元，將RPC 產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。閾值產(chǎn)生單元采用了24位數(shù)字可編程數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，在此過程中可以為每一個讀出電子學(xué)通道產(chǎn)生一個可編程控制的甄別閾值，方便以后對電子學(xué)系統(tǒng)閾值的調(diào)試以及系統(tǒng)運行過程中在線的配置調(diào)整。從甄別單元輸出的數(shù)字信號隨后進入數(shù)據(jù)緩沖單元，進行數(shù)據(jù)的暫存。同時信號進入中斷產(chǎn)生單元，產(chǎn)生中斷信號，發(fā)送到控制邏輯。邏輯控制單元通過中斷的信息，并且降低探測器位置重建的精度。而模擬讀出方式可以得到探測器信號的幅度大小，可以用于重建粒子的能量信息，在探測器信號能夠覆蓋多個讀出條的情況下，能夠提高探測器的位置重建精度。但是這種方式因為需要高精度模擬放大以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此成本比價高，并且所獲取到的數(shù)據(jù)量較大，這對后級的處理系統(tǒng)要求較高。目前所采用的讀出條的間距約為1厘米的寬單元可準確判斷產(chǎn)生信號的通道，并讀取對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，避免控制單元由于循環(huán)讀取而造成的資源浪費。隨后信號在控制單元中經(jīng)數(shù)據(jù)處理打包后，經(jīng)LVDS數(shù)據(jù)發(fā)送單元發(fā)送到下一級標準數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)中。

圖1

目前實驗已經(jīng)完成了讀出電子學(xué)系統(tǒng)原理的設(shè)計，仿真。第一版原型機已經(jīng)完成，下一步將進行系統(tǒng)的調(diào)試。