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真空下高分辨高计数率位置灵敏3He管阵列读出电子学研究
结题报告
批准号:
U1932165
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
53.0 万元
负责人:
黄土琛
依托单位:
学科分类:
A3206.中国散裂中子源装置
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
熊涛、张正、许鹏飞、周晓娟、王艳凤、蒋兴奋、朱林
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中文摘要
中国散裂中子源(CSNS)作为国家重大科技基础设施,对探索前沿科学问题、攻克产业“卡脖子”核心技术具有重要意义。CSNS正在规划新建7台用户谱仪,其中有5台谱仪将采用大面积3He管阵列探测器,对3He管读出电子学在分辨率、计数率、信噪比等方面都提出了高要求。针对这些挑战,以前期的研究工作为基础,本项目提出基于探测器信号直接采样和全数字化处理的读出电子学方案。采用电流前放消除电荷平衡效应的影响,结合数字化电荷积分和基线恢复,提高位置分辨和线性度。结合脉冲波形甄别技术提高3He管的n/γ甄别比,实现堆积信号的判弃,保证系统在高计数率下的信噪比。软硬件结合充分采用低功耗设计技术,降低电子学系统功耗。研究真空下元器件的散热机制以及辅助散热措施,为进一步实现电子学在真空下工作打下重要基础。本项目的研究成果,将为CSNS后续谱仪的建设提供重要保障,也可以用于国内其他中子散射装置,具有广泛的应用前景。
英文摘要
China Spallation Neutron Source (CSNS), as a large research infrastructure, is of great significance for China to explore cutting-edge scientific issues and solve the key technologies of the industry. CSNS is planning to build seven user spectrometers, five of which will use large-area 3He tube array detectors. These spectrometers place high demands on 3He tube readout electronics in terms of position resolution, counting rate, and signal-to-noise ratio. In response to these technical challenges, this project proposes a readout electronics solution based on direct sampling and full digital processing of detector signals. Current preamplifier will be used to eliminate the charge equalization effect. Combined with digital charge integration and baseline recovery, position resolution and linearity will be improved. Improvement on the n/γ discrimination and pileup rejection are realized with pulse shape discrimination, which ensures the signal-to-noise ratio at high counting rate. Using low-power design techniques both in hardware and software to reduce power consumption of the electronics. Heat dissipation mechanism under vacuum will be systematically studied, laying an important foundation for the realization of electronics working under vacuum. The research results of this project will provide important guarantee for the construction of new spectrometers in CSNS. It can also be used in other domestic neutron scattering facilities and has broad application prospects.
中国散裂中子源(CSNS)作为国家重大科技基础设施,对探索前沿科学问题、攻克产业“卡脖子”核心技术具有重要意义。CSNS正在规划新建7台用户谱仪,其中有5台谱仪将采用大面积3He管阵列探测器,对3He管读出电子学在分辨率、计数率、信噪比、功耗等方面都提出了高要求。针对这些挑战,以前期的研究工作为基础,本项目提出基于探测器信号直接采样和数字化滤波的读出电子学方案。本项目建立了位置灵敏3He管探测器前端电子学模型,结合电路仿真软件研究了不同部件和参数对位置分辨的影响。设计了多通道低噪声探测器前端模拟滤波电路和低功耗数据采集系统,实现了波形采样、双端读出等功能。基于上述基础,开发了数字化高斯滤波和梯形滤波算法替代前端模拟滤波电路,以及脉冲触发、基线修正和堆积判弃等功能模块。在CSNS专用测试束线搭建实验平台,对探测器及电子学系统的噪声、幅度谱、计数率、分辨率等关键性能指标进行了具体评估。结果表明,对于8mm直径1m长的3He管(CSNS小角谱仪使用),位置分辨率约6-8mm,位置偏差小于1mm,显著优于现有电子学系统。对于25.4mm直径0.5m长的3He管(CSNS多物理谱仪使用),位置分辨率约8-10mm,位置偏差小于1mm。整个电子学系统计数率大于300KHz。基于数字滤波算法的系统,在最佳的滤波参数下,位置分辨率性能和基于模拟滤波的系统相当,但前端电路功耗降低70%。本项目所研制的电子学系统,目前已成功应用于CSNS多物理谱仪、微小角谱仪等谱仪以及小角谱仪升级,后续可用于其他采用位置灵敏3He管探测器的谱仪。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
PSD performance of EJ-276 and EJ-301 scintillator readout with SiPM array
使用 SiPM 阵列读取 EJ-276 和 EJ-301 闪烁体的 PSD 性能
DOI:10.1016/j.nima.2022.167148
发表时间:2022-07
期刊:Nuclear Instruments and Methods in Physics Research
影响因子:--
作者:Fengzhao Shen;Yongyu Pan;Qibin Fu;Shaopeng Lin;Tuchen Huang;Wei Wang
通讯作者:Wei Wang
A thermal neutron detection system based on boron-coated straw detector with prompt gamma coincidence
基于硼涂层秸秆探测器的瞬发伽马符合热中子探测系统
DOI:10.1088/1748-0221/17/09/p09021
发表时间:2022
期刊:Journal of Instrumentation
影响因子:1.3
作者:Yongyu Pan;Fengzhao Shen;Qibin Fu;Tuchen Huang
通讯作者:Tuchen Huang
Measurement of the Compressibility of Cell and Nucleus Based on Acoustofluidic Microdevice
基于声流控微器件的细胞和细胞核压缩性测量
DOI:10.3791/64225
发表时间:2022-07-01
期刊:JOVE-JOURNAL OF VISUALIZED EXPERIMENTS
影响因子:1.2
作者:Fu, Qibin;Zhang, Yan;Liu, Yang
通讯作者:Liu, Yang
A Compact Dual Gamma Neutron Detector Based on NaI(Tl+Li) Scintillator Readout with SiPM
基于 NaI(Tl Li) 闪烁体读出和 SiPM 的紧凑型双伽马中子探测器
DOI:10.3390/cryst12081077
发表时间:2022
期刊:Crystals
影响因子:2.7
作者:Fengzhao Shen;Qibin Fu;Tuchen Huang;Wei Wang
通讯作者:Wei Wang
Characterization of 1-inch CLYC scintillator coupled with 8x8 SiPM array
1 英寸 CLYC 闪烁体与 8x8 SiPM 阵列耦合的表征
DOI:--
发表时间:2021
期刊:Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A
影响因子:--
作者:Tuchen Huang;Zhibo Zhang
通讯作者:Zhibo Zhang
基于涂硼稻草管和瞬发伽马符合的锦屏极低通量热中子探测技术研究
  • 批准号:
    11905304
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    黄土琛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金