CSNS白光中子源C6D6谱仪读出电子学系统

摘要

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source，CSNS)是我国正在建设中的第一台散裂中子源大科学装置，其建成后将位居世界第四。CSNS通过利用高能质子束流轰击重金属靶发生散裂反应，从而产生大量散射中子。质子束流反角方向有大量反冲中子，能谱连续，脉冲短，适合构建白光中子源(White NeutronSource, WNS)。白光中子源是极其有用的核数据的测量工具，目前我国现有的中子源不能满足核数据测量的需要，散裂中子源为白光中子源的建设提供了条件和机会。高性能的白光中子源和谱仪系统是核数据测量保证。在白光中子源终端建设有两个实验站，计划配设七套谱仪系统，用来开展中子俘获截面、全截面、裂变截面测量等实验。每套谱仪系统都包括探测器和读出电子学两大部分，其中读出电子学是谱仪系统非常重要的一部分。在2017年9月，将要开展首批物理实验，有部分小型谱仪将要投入使用，C6D6谱仪就是其中之一。为了确保首批实验的顺利进行，缩短开发周期，减少成本，论文中针对WNS多套谱仪读出电子学系统的共性设计需求，提出了共用电子学设计架构;并基于共用电子学构建了C6D6谱仪读出电子学系统。
　　C6D6谱仪通过结合中子飞行时间法和全能量探测技术测量低能区尤其是共振区中子俘获截面。该谱仪由四个C6D6液体闪烁探测器（中国原子能研究院研制）和读出电子学系统组成，其中读出电子学系统的构建是本论文的主要工作。
　　本文首先对C6D6探测器工作原理和测量俘获截面的物理机制进行了研究，并调研了国际同类装置上的C6D6谱仪读出电子学系统。其次，通过分析国外的读出电子学系统现状，结合CSNS白光中子源的实际需求，基于高速高精度的波形数字化技术和高性能全数字化PXIe平台，本文设计了适应多种谱仪信号读出的共用电子学系统架构，研制了多种探测器共用的信号调理模块，解决了前端信号和后端共用平台的低噪声适配问题。最后，论文构建了C6D6谱仪读出电子学系统，并开展了电子学系统的测试和与探测器联调。测试结果表明，本论文所研究的C6D6谱仪读出电子学系统能够满足WNS谱仪的信号读出要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 CSNS白光中子源

1．2 中子俘获截面

1．2．1 (n，γ)截面测量方法

1．2．3 C6D6探测器

1．2．4 测量(n，γ)截面的物理机制

1．3 国外现状

1．3．1 GELINA装置

1．3．2 n_TOF装置

1．3．3 小结

1．4 研究内容、意义及结构安排

1．5 本章小结

参考文献

第2章 读出电子学系统架构

2．1 读出电子学系统设计需求

2．1．1 C6D6谱仪设计需求

2．1．2 CSNS白光中子源谱仪共性需求

2．2 共用电子学及C6D6读出电子学系统架构

2．3 γ能谱和中子飞行时间测量设计思路

2．3．2 中子飞行时间测量

2．4 关键技术介绍

2．4．1 波形数字化技术

2．4．2 时间信息获取技术

2．4．3 PXIe技术

2．5 本章小结

参考文献

第3章 读出电子学系统构建

3．1 信号调理模块(SCM)研制

3．2 触发时钟模块(TCM)

3．3 波形数字化模块插件(FDM)

3．4 PXIe平台实现

3．5 软件实现

3．6 本章小结

参考文献

第4章 测试与验证

4．1 实验室测试

4．2 信号调理模块(SCM)性能测试

4．2．1 触发时钟电路模块(TCM)性能测试

4．2．2 波形数字化模块(FDM)性能测试

4．2．3 系统性能测试

4．3 性能验证

4．3．1 共用SCM与探测器联调

4．3．2 读出电子学系统与C6D6探测器联调

4．4 测试结果

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

攻读学位期间发表的学术论文

致谢