CEPC电磁量能器读出单元自动化测试系统研制

摘要

随着希格斯玻色子(Higgs)在大型强子对撞机（Large Hadron Collider,LHC）上被发现，我国高能物理学家提出建设环形正负电子对撞机(Circular Electron Positron Collider,CEPC)的方案。
　　电磁量能器(Electromagnetic calorimeter，EACL)是CEPC谱仪中的重要组成部分，由硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)和塑料闪烁体组成的读出单元方案作为电磁量能器的预研方案之一，逐渐成为研究热点。在探测器预研阶段需要对读出单元性能进行充分研究，CEPC电磁量能器需要约800万路探测单元，由于塑料闪烁体存在个体性差异，这就要求搭建测试平台对塑料闪烁体进行性能测试，挑选出一致性较好并满足性能要求的塑料闪烁体。为了实现对读出单元的快速测试，因此设计了一套基于LabVIEW虚拟仪器的自动化测试系统用于对读出单元进行测试、分析并改善其性能。
　　利用DT5751、SiPM驱动电路板、步进电机、低压电源、继电器等完成硬件搭建，以LabVIEW为开发平台完成了软件的串行协议接口之间的通信、设备的自动控制，实现了读出单元的自动化测试，编写了相应的数据处理程序，对采集到的数据进行离线处理分析。在此基础上进行了SiPM刻度、闪烁体发光均匀性、耦合不同像素SiPM闪烁单元光输出均匀性测试、反射材料对光输出影响及不同方法测试SiPM暗噪声的研究。
　　在实验室中对读出单元进行测试时，由于宇宙线信号事例少，事例率较低，因此使用Sr-90放射源替代宇宙线信号作为测试系统的入射源进行测试。最后还对读出单元装置进行了束流测试，验证了实验室测试系统的可行性及读出单元的性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 CEPC环形正负电子对撞机

1．1．1 环形对撞机计划CEPC

1．1．2 CEPC探测器简介

1．2 项目背景和必要性

1．3 读出单元性能测试常用方法

1．4 LabVlEW

1．4．1 虚拟仪器

1．4．2 LabVlEW的特点

1．4．3 应用领域

1．5 论文的结构

第二章 CEPC电磁量能器及读出单元简介

2．1 电磁量能器(Electromagnetic Calorimeter，ECAL)

2．2 读出单元简介

2．2．1 塑料闪烁体

2．2．2 硅光电倍增管(Silicon Photomultipler，SiPM)

第三章 CEPC电磁量能器读出单元自动化测试系统

3．1 硬件搭建

3．1．1 测试系统搭建

3．1．2 DT5751桌面波形采样插件

3．1．3 SiPM驱动电路

3．1．4 步进电机及控制器

3．1．5 锶Sr-90放射源

3．1．6 触发单元

3．2 基于LabVIEW的软件设计

3．2．1 读出单元自动化测试系统

3．2．2 对步进电机及控制器的自动控制

3．2．3 数据采集系统

3．2．4 数据处理系统

3．3 读出单元性能研究

3．3．1 SiPM刻度

3．3．2 耦合不同像素SiPM闪烁单元光输出均匀性测试研究

3．3．3 不同反射膜对闪烁单元光输出的影响

3．4 SiPM暗噪声分析方法对比

3．4．1 实验目的

3．4．2 实验过程

3．4．3 实验结果

3．5 本章小结

第四章 束流实验

4．1 实验目的

4．2 实验装置

4．2．1 塑闪单元阵列

4．2．2 光电倍增管耦合塑料闪烁体(ScPMT)

4．2．3 束流实验装置

4．3 实验结果

4．4 结果分析

第五章 总结与展望

参考文献

致谢