GEM探测器多通道前端读出ASIC设计

为满足高效率、高分辨率、高通量二维位置灵敏中子探测器的需求,设计了基于GF 0.18μm工艺的32通道GEM探测器前端读出ASIC数模混合芯片。针对GEM探测器输出的信号特点,设计了灵敏电荷放大电路、成形电路、甄别器电路等模拟电路以及刻度信号配置电路、译码器电路等数字电路。测试结果表明:ASIC最高计数率可达10^(7)s^(-1),前放电路具有较好的积分线性度。

GEM探测器高速数据采集系统设计

介绍了基于以太网的GEM探测器高速数据采集系统的设计。该系统将GEM探测器输出的电荷信号转换为数字信号并写入FPGA进行分析和处理,处理后的数据通过千兆以太网进行传输。主机电脑接收以太网传输的电荷信号的位置信息,绘制电荷信号的位置分布图。实验测试表明:该系统能检测到探测器输出的位置信息并绘制出X射线信号的位置分布图。

用于GEM探测器的电容积分式读出芯片的研究

介绍了GEM探测器阵列结构的一种读出方案,重点介绍了该读出方案中开关阵列芯片的设计。主要内容包括PAD前端读出电子学结构,开关电容阵列结构工作原理,开关阵列芯片设计,文章的最后给出了芯片测试结果。该10通道开关电容阵列芯片可以扩展为更多的通道,以满足更大规模的GEM探测器的阵列方式读出需要。

GEM探测器与X射线成像实验

使用2个GEM探测器系统,分别用作增益测量和位置分辨测量.用GEM探测器测量铜靶X射线能谱,能量分辨率为21.5%.8keV的X射线入射双层GEM探测器,实验测量x方向位置分辨为64μm,y方向位置分辨为68μm.将科研成果经过精炼、核心提取,为核与粒子物理学科的本科生开设GEM探测器和X射线成像实验,使学生对高能粒子探测技术、数据获取和处理等有整体的理解.

基于APV25读出电子学系统的GEM探测器的位置分辨与X射线成像研究

采用3层GEM膜制作了有效面积为10cm×10cm的GEM探测器,该探测器采用二维条读出方式,条间距为400μm,每个维度有256个读出通道。探测器的读出采用APV25读出电子学系统,根据GEM探测器的需要,设计并改进了电子学系统使用的背板连接器。实验测得GEM探测器空间分辨为76μm。进行了X射线二维成像研究,获得了清晰的二维图像,探测器与电子学运行稳定可靠。

GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计

本文简要介绍了GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计与测试。该系统包括模数变换模块、数据汇总模块和后端数据接收模块三部分。本文详细介绍了模数变换模块硬件电路设计、FPGA逻辑设计、光纤数据传输设计以及ADC采样芯片的测试方法。经过测试,该系统实现了8通道数据实时采集、传输、存储及显示功能。

高通量下GEM探测器高压供电模式研究

GEM探测器的供电一般采用电阻链分压供电模式和多路分立供电模式,在低通量X射线下测量时区别不大,但是在高通量X射线时,电阻链分压供电模式会带来饱和效应引起工作电压的变化,造成探测器工作不稳定。本研究在高通量X射线照射下,研究了有效面积为100 mm×100 mm三层级联GEM探测器的有效增益(稳定性)与不同高压供电模式的关系。通过测量不同分压电阻值(1,2,5到30 M?)的实验研究,发现随着X射线通量的增加,在电阻链分压供电模式下,出现了GEM探测器感应电极的读出电流饱和趋势,分析了可能导致饱和效应出现的原因。结果表明,当入射X射线在探测器上的有效吸收剂量不断增加时,电阻链供电模式需要调整分压单元电阻值,或者采用多路分立供电模式,从而避免因饱和效应引起的GEM探测器有效增益的变化,实现探测器稳定的工作状态。

大面积GEM中子探测器高计数率读出电子学系统研制

研制并测试了GEM中子探测器的512通道高计数读出电子学系统,以满足中国散裂中子源高效率、高分辨、高通量二维位置灵敏中子探测器的需求.系统以Kintex-7 FPGA作为系统控制和数据分析的核心,使用8块AS20Board前端芯片对灵敏面积为200 mm×200 mm的探测器的两个维度的信号进行读出,读出通道为256×256.读出数据经FPGA分析后通过千兆以太网传输至计算机显示.计算机可通过千兆以太网发送配置指令对前端采样电路和FPGA算法进行配置.系统与探测器组装后在中子束流实验中测得系统最高瞬时计数率为(1.2±0.1)×10^6s^-1,系统运行稳定,受噪声干扰小.

GEM相机监测EAST等离子体破裂研究

等离子体破裂是托卡马克运行中常见的一种现象,高参数等离子体运行过程中发生破裂会对实验装置安全运行产生威胁。通过对等离子体破裂的研究,可以在未来进一步做到破裂的避免和主动控制。首先介绍了EAST装置上的等离子体破裂,通过GEM相机对EAST放电实验中几种类型的破裂炮进行二维成像分析,对破裂的发生过程进行了具体分析。并且在分析过程中展示了GEM系统较传统多道系统的优越性,确认GEM可以为破裂机理研究提供有效的诊断数据。

基于粒子-蒙特卡洛模型的气体电子倍增探测器的研究

采用粒子-蒙特卡罗模型(Particle in Cell-Monte Carlo Collision,PIC-MCC)对气体电子倍增探测器(Gas electron multiplier,GEM)的倍增放大过程进行了模拟,这对更好的理解和把握GEM的物理机理具有重要的意义。在电场分析的基础上,从GEM空间粒子数和粒子的空间分布随时间的变化分析GEM的倍增过程,并建立GEM增益和各边界层收集到的电子个数之间的关系。研究结果为进一步利用该模型对GEM优化结构、选择工作参数及探讨物理机理建立了基础。