中國(guó)原子能科學(xué)研究院核數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蹇司玉 胡守?fù)P 李笑梅

大亞灣核電站在發(fā)電過(guò)程中會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的電子反中微子。并且由于大亞灣獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)，為測(cè)量中微子交叉混合角θ13的測(cè)量提供了得天獨(dú)厚的實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)主要的本底來(lái)自宇宙射線。在實(shí)驗(yàn)中采用阻性板氣體探測(cè)器（RPC）與水切倫科夫探測(cè)器實(shí)現(xiàn)宇宙射線的排除。為能準(zhǔn)確去除宇宙射線的影響并且減少死區(qū)與死時(shí)間，宇宙射線位置的探測(cè)精度顯得特別重要。

RPC探測(cè)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(huì)增加成本。探測(cè)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(cè)器的模擬信號(hào)通過(guò)比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而模擬讀出方式通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以將探測(cè)器信號(hào)的幅度值采集下來(lái)。數(shù)字讀出方式成本低廉，數(shù)據(jù)量小，但是會(huì)損失粒子能量度，每次粒子穿過(guò)探測(cè)器在一個(gè)讀出條上產(chǎn)生信號(hào)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)并沒(méi)有對(duì)探測(cè)器能量分辨上提出任何要求。因此讀出RPC探測(cè)器的信號(hào)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(hào)先經(jīng)模擬甄別單元，將RPC 產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。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(guò)程中可以為每一個(gè)讀出電子學(xué)通道產(chǎn)生一個(gè)可編程控制的甄別閾值，方便以后對(duì)電子學(xué)系統(tǒng)閾值的調(diào)試以及系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中在線的配置調(diào)整。從甄別單元輸出的數(shù)字信號(hào)隨后進(jìn)入數(shù)據(jù)緩沖單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)的暫存。同時(shí)信號(hào)進(jìn)入中斷產(chǎn)生單元，產(chǎn)生中斷信號(hào)，發(fā)送到控制邏輯。邏輯控制單元通過(guò)中斷的信息，并且降低探測(cè)器位置重建的精度。而模擬讀出方式可以得到探測(cè)器信號(hào)的幅度大小，可以用于重建粒子的能量信息，在探測(cè)器信號(hào)能夠覆蓋多個(gè)讀出條的情況下，能夠提高探測(cè)器的位置重建精度。但是這種方式因?yàn)樾枰呔饶M放大以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此成本比價(jià)高，并且所獲取到的數(shù)據(jù)量較大，這對(duì)后級(jí)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(zhǔn)確判斷產(chǎn)生信號(hào)的通道，并讀取對(duì)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(fèi)。隨后信號(hào)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)中。

圖1

目前實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完成了讀出電子學(xué)系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì)，仿真。第一版原型機(jī)已經(jīng)完成，下一步將進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試。