基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量，研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置，并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统，实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化，在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量，其量程为650 ns～10 ms，电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验，成功获得了中子束流剖面及10.65 μs～10 ms范围的飞行时间谱，对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验，验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。     

基于数据汇聚功能的高速通用接口卡设计

针对多项大规模数据获取系统的研发需求,本文设计了一套基于高速接口卡PIFC实现的高性能数据汇聚方案,不仅能够完成数据汇聚和实时预处理功能,而且在硬件结构、FPGA逻辑和驱动程序设计等方面都采用了通用化设计,能够低成本应对系统的架构升级和接口扩展,并且用测试结果验证了方案的可行性,目前达到的数据率已经可以满足项目要求。     

无后处理高速量子随机数产生器设计

利用光学量子随机源中光子的随机性,设计了一种无需后处理的随机数产生器。在设计中,用弱光源进行单光子水平的探测,利用单光子水平的光源在半导体探测器上一定周期内探测到的脉冲个数服从泊松分布的基本原理,而元器件和读出电子学造成理想泊松分布的变形,通过控制平均计数消除偏差,达到统计学上的无偏。本设计具有自动纠偏功能,产生无后处理的高质量高速真随机数,并通过了NIST、Diehard等多种技术测试标准。     

HIRFL-CSR外靶实验读出电子学预研系统

本文介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)外靶实验读出电子学预研系统的设计。该系统可实现TOF墙探测器、中子墙探测器、多丝漂移室(MWDC)等的读出。基于前沿定时及使用TOT技术分别进行时间和电荷测量,从而对前沿定时带来的时间-幅度游走效应进行修正。该系统基于工业智能仪器总线PXI进行设计,提高了数据传输带宽,并保证了系统的可扩展性。目前已完成基本单元模块的实验室电子学测试,以及与探测器的初步联合测试,验证了各项功能指标。     

用于海洋地震勘探的数字包设计与实现

提出了一种高精度、高性能的用于海洋地震勘探的拖缆数字包,并给出其设计与实现.每个数字包含有16个数据采集通道,每个通道都可以直接连接水听器,而水听器产生的模拟信号被由FPGA控制的24-bit高精度Δ-∑ADC实时采集.同时,基于串行并发总线结构,设计和实现了系统的实时控制和远距离数据传输与同步.测试结果表明:该拖缆数字包满足海洋地震勘探的要求.     

基于USB接口的多通道准高斯型脉冲信号发生器设计

设计了一种基于USB接口可编程的16通道准高斯型脉冲信号发生器。利用高速模拟开关电路产生模拟脉冲信号,DAC用于调节脉冲信号的幅度,RC网络以及运算放大器组成的成形电路决定脉冲信号的前后沿变时间,通过FPGA来编程控制模拟开关的通断和DAC的输出,利用USB接口实现PC机的通信和控制,最终输出16通道的准高斯信号。经测试,实现了预期的功能和要求,输出脉冲幅度大小可调,且各通道输出一致性很好,其积分非线性均小于0.7%,可用于大型粒子物理实验前端电子学的性能测试、校准检测等工作。     

基于NINO芯片的TOT读出电子学系统的研究

介绍了CERN设计的一款基于过阈时间法(Time-Over-Threshold)的ASIC芯片——NINO,并列出了一些基于NINO芯片设计的测试板的测试结果,用于评估该芯片在BES III端盖TOF升级及在中子管位置灵敏探测器中的位置测量中应用的可能性。NINO芯片8通道高度集成,对实验电路板的设计和测试表明,其噪声抖动低(前沿噪声抖动约5.1 ps),可以满足TOT方法中高精度时间测量的要求。     

用于微结构气体探测器的类金刚石碳阻性电极制备研究

通过磁控溅射法制备了用于微结构气体探测器（MPGD）的新型类金刚石碳（DLC）阻性电极，研究了靶电流、真空度、元素掺杂等因素对DLC阻性电极面电阻的影响规律，以及DLC阻性电极结合强度和内应力的优化方法。结果表明：随靶电流的增大，DLC阻性电极的面电阻降低；真空度越高，DLC阻性电极的面电阻越小，稳定性越好；氢元素和氮元素的掺杂使得DLC阻性电极的面电阻增大，且氢元素影响更加明显。本文方法为新构型微结构气体探测器的研发和性能提升奠定了技术基础。     

基于FPGA的高性能坎贝尔积分算法研究

为满足国际热核聚变实验堆的宽量程中子通量测量需求，设计了基于FPGA和交流耦合平方积分的高性能数字化坎贝尔积分算法，拥有更强γ抑制能力的同时将中子甄别系统的测量范围从10⁵ s^-1提高到10⁸ s^-1。结合²³⁵U裂变室及坎贝尔测量原理研究了数字化坎贝尔积分算法，通过仿中子脉冲实验分析了脉冲甄别计数算法和坎贝尔积分算法重叠区域的工作性能，并得出坎贝尔积分算法在不同噪声下的适用条件，从而保证测量相对误差小于5%。使用基于该算法的测量系统在HL-2A进行了现场实验，对照脉冲甄别计数算法的测量结果进行标定，二者一致性非常好，在测量重叠范围内线性系数达0.97。