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随着国家大科学工程兰州重离子加速器冷却储存环(HIRL-CSR)建成,HIRFL-CSR实验探测系统也正在建设当中。实验探测系统由外靶系统和内靶系统构成。外靶系统主要有γ探测器、多丝漂移室(MWDC)、ToF墙(ToF Wall)、中子墙(Neutron Wall)等探测器组成。其中,用于探测中子的中子墙探测器是外靶系统中的一个重要组成部分,它有252个探测单元,每一个探测器单元都要求很好的能量分辨和时间分辨,同时还要求有很高数据获取率。对于这样先进的探测器和大型实验探测系统采用传统的电子学仪器和方法已经无法适应要求,建造与之相配的读出电子学系统是极为重要的和亟待解决的工作a为此,我们设计研发适合于中子墙探测器这样的大型闪烁体探测器的前端电子学读出系统。基于这个出发点,论文从发展高性能多路小型化前端电路和研究QAC、TAC的方法和电路两个方面进行研究,讨论了我们采用的新思路和新方法。
论文阐述了一种用于同时测试能量和时间的系统电路的设计与实现。我们设计的新型的多道高精度的电荷-电压、时间转换电路.该电路主要用于在相关控制信号的配合下,将光电倍增管输出的快电流脉冲信号转化为电压信号,并将电压信号通过数据采集系统直接送入计算机进行处理。电路采用新型的OAC方法,用于处理快速的电流信号,其突出特点是转换速度快,电路结构简单,输入信号范围大,精度高,功耗低,电路采用改进的TAC方法,处理快速的时间信号,利用高速DMOS开关,并优化控制逻辑时序,极大提高了测试精度。
论文着重解决了近代核与粒子物理实验中越来越突出的多路多道需求和高性能指标要求。我们详细介绍了对系统进行了设计和性能分析的过程。实验室调试结果说明系统已能够适应物理实验的要求,并为最终建立一个完整的满足性能要求的前端电子学系统打下了坚实的基础。