RPC讀出電子學系統研究

中國原子能科學研究院核數據重點實驗室 蹇司玉 胡守揚 李笑梅

大亞灣核電站在發電過程中會伴隨產生大量的電子反中微子。并且由于大亞灣獨特的地理優勢，為測量中微子交叉混合角θ13的測量提供了得天獨厚的實驗條件。實驗主要的本底來自宇宙射線。在實驗中采用阻性板氣體探測器（RPC）與水切倫科夫探測器實現宇宙射線的排除。為能準確去除宇宙射線的影響并且減少死區與死時間，宇宙射線位置的探測精度顯得特別重要。

RPC探測器位置分辨與其讀出條間距呈反比。但提高讀出條的密度降低其寬度需更多的讀出電子學通道會增加成本。探測器的前段讀出方式通常有數字讀出以及模擬讀出的方式。采用數字讀出方式直接將探測器的模擬信號通過比較器轉換為數字信號，而模擬讀出方式通過模數轉換器可以將探測器信號的幅度值采集下來。數字讀出方式成本低廉，數據量小，但是會損失粒子能量度，每次粒子穿過探測器在一個讀出條上產生信號。因為實驗并沒有對探測器能量分辨上提出任何要求。因此讀出RPC探測器的信號采用數字讀出方式即可。

如圖1為系統的結構圖。系統主要包括模擬甄別單元、閾值產生單元、數據緩存單元、開關控制單元、中斷產生單元、控制邏輯以及LVDS 通信單元。從RPC 產生的模擬信號先經模擬甄別單元，將RPC 產生的模擬信號轉換成數字信號。閾值產生單元采用了24位數字可編程數字模擬轉換器，在此過程中可以為每一個讀出電子學通道產生一個可編程控制的甄別閾值，方便以后對電子學系統閾值的調試以及系統運行過程中在線的配置調整。從甄別單元輸出的數字信號隨后進入數據緩沖單元，進行數據的暫存。同時信號進入中斷產生單元，產生中斷信號，發送到控制邏輯。邏輯控制單元通過中斷的信息，并且降低探測器位置重建的精度。而模擬讀出方式可以得到探測器信號的幅度大小，可以用于重建粒子的能量信息，在探測器信號能夠覆蓋多個讀出條的情況下，能夠提高探測器的位置重建精度。但是這種方式因為需要高精度模擬放大以及模數轉換，因此成本比價高，并且所獲取到的數據量較大，這對后級的處理系統要求較高。目前所采用的讀出條的間距約為1厘米的寬單元可準確判斷產生信號的通道，并讀取對應組的數據，避免控制單元由于循環讀取而造成的資源浪費。隨后信號在控制單元中經數據處理打包后，經LVDS數據發送單元發送到下一級標準數據獲取系統中。

圖1

目前實驗已經完成了讀出電子學系統原理的設計，仿真。第一版原型機已經完成，下一步將進行系統的調試。