ICF大阵列中子能谱仪记录系统-Indico@IHEP

ICF大阵列中子飞行时间谱仪研制

汇报人：魏凌峰周荣占杨炜李伟男姚佳东杨朝文单位：四川高校报告提纲背景需求测量方案性能测试展望与总结背景需求项目背景靶丸的离子温度kT，使得中子能谱成高斯型分布，由于分布宽度和离子温度有关系：因此，通过测量中子能谱，可以诊断等离子体区域参数在ICF探讨中，激光与充纯D2燃料靶作用后，产生初级反应为：次级反应为：一种测量思路：中子飞行时间法

“神光III”系统排布靶室和探测系统排布大面积中子探测器阵列测量中子能谱在一次ICF聚变中，要获得中子的能谱，须要有足够的中子计数。而一次ICF聚变，须要有很多探测器构成的阵列同时测量。“神光III”原型大面积中子探测器阵列由960个独立的闪烁体+光电倍增管组成。每个探测器测量到达探测器的中子的时间。960路探测器分别记录的中子达到时刻,汇总可构成中子飞行时间谱(TOF)。初级中子：次级中子：由于温度效应，飞行时间展宽：假设：kTi=4keV，L=16.7m

中子飞行时间估算可能出现的信号序列测量方案激光同步信号Start探测器输出信号Stop飞行时间时间测量单元基本框图：定时电路时数转换芯片FPGA信号驱动单元数据传输单元关键问题测得准一样性好？？提高测量精度1.选用精度高，时间抖动小的芯片信号分发驱动器：接受德州仪器的LMK00101，各通道延时晃动小于6ps定时比较器：接受高速型MAX9601比较器，该器件为低功耗、超高速、超摆幅、滞回比较器，响应时间为500ps，时间抖动小于30ps时数转换芯片：德国ACAM公司的TDC-GP2,连续记录8次击中时测量精度可达50ps2.定时电路的选择前沿定时：在信号前沿到达某一固定电平常触发，作为信号到达时刻。假设信号上升时间相同，有：甄别阈降低甄别阈可以削减幅度时间游动，但会增大噪声误触发几率。提高甄别阈可以提高噪声容限，但会增大幅度时间游动。缺点：触发时刻随信号幅度变更会产生时间游动。对于该系统指标要求，必需进行修正。信号1信号2t1t2VmVTtmt不接受！定时方案：恒比定时预甄别降噪，甄别阈值每路单独可调甄别阈是信号幅度的固定比例可消退幅度变更引起的时间游动t按比例衰减信号原始信号延时VtA(t)DelayPreDscfA(t)VenVo保证960路测量的一样性1.电路设计（1）每一路测量单元接受模块化布局，消退因元件摆放不一样从而走线不一样引起的延时不同。（2）布线过程中多处接受等长走线，保证每一路信号进入TDC延时相同。2.通过拟合方式修正到真实值在进行时间测量时，输入信号的时间间隔和时间辨别谱仪的测量值应当满足下面的关系：

其中A和B为常数，Tbase为输入信号的时间间隔，Tmeasure为高辨别时间谱仪的测量值.进行多次测量，就得到了多组Tbase和Tmeasure的数据，通过线性拟合即可得到A和B的值。对每一路的探测结果都进行这样的拟合得到一个拟合公式，实现将测量值修正到真实值.3.可建立一个标定数据库对各路测量进行标定将来在ICF中大规模阵列探测的应用中，建立一个标定数据库是解决八通道时间测量谱仪测量结果差异的有效方法.如：对于相同时间间隔的输入，不同通道的测量结果存在一固定的差异，以其中某一通道测量结果为基准，对其余通道进行标定，这样就建立了一组标定参数，将全部通道对于尽量多的时间间隔的标定参数集合起来，就构成了标定数据库.基于以上设计，我们完成了第一批样板：时间测量信号驱动数据交换性能测试1.定时精度测试

测试100ns——1500ns停止信号的辨别时间

（起先信号由信号发生器产生方波）

试验条件：起先信号:T=2us占空比=20%

停止信号：T=200ns脉宽=15ns上升沿9.3ns

延时100ns100nsσ=0.084ns300nsσ=0.116ns500nsσ=0.115ns700nsσ=0.099ns辨别时间最好的通道测试状况如下：900nsσ=0.109ns1100nsσ=0.129ns1500nsσ=0.117ns1300nsσ=0.141ns100nsσ=0.135ns300nsσ=0.137ns500nsσ=0.143ns700nsσ=0.150ns辨别时间最差的通道测试状况如下：1300nsσ=0.183ns900nsσ=0.169ns1100nsσ=0.163ns1500nsσ=0.182ns各通道辨别时间均方根值随测量停止时间变更：一样性测试

用前面提到的方法将各通道的测量结果用下面公式修正到1通道，通过线性拟合即可得到A和B的值，如下表所示.将各通道的测量值代入上述已经确定A,B公式，即可得到修正

后的结果,各通道的修正结果如下表：通道4通道3通道2通道5通道6通道8通道7用各通道修正值与1通道测量值值作一样性比较：展望与总结下一步工作，将完成整套系统的安装调试：时间测量插件1路Start80路Detector1路数据信号驱动插件1路Start10路Start1路Test10路Test数据交换插件10路数据X101路汇总数据1台NIM机箱8路Detector系统构成NIM机箱（时间测量X10信号驱动X1数据交换X1）80路Detector1路Start1路Test1路汇总数据X12960路Detector12路Start12路Test12路汇总数据信号驱动单元1:12分发信号网络交换机PC机1路Test1路Start12路Start12路Test12路汇总数据记录系统机柜激光/测试信号同步驱动数据交换机地板0#机柜1#机柜2#机柜走线槽总结ICF大阵列中子飞行时间谱仪系统运用恒比定时方法时间检出，