基于阵列PMT光子测量的时间刻度系统的研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xulingxuan
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大型高海拔宇宙线观测站(Large High-Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)是我国十三五期间重大科研基础设施项目,其科学目标是探索宇宙线的起源。LHAASO探测器阵列之一的水切伦科夫探测器阵列(WCDA)的主要目标是探索宇宙中的伽马射线源,其原理主要是通过水切伦科夫探测技术捕捉到来自宇宙中的伽马射线,然后经过提取所有采集到的水切伦科夫光的时间信息来重建伽马射线的运动方向,从而反推出伽马射线源的位置。由其探测原理可知,探测器阵列的时间标定非常重要。参考国际上的类似实验,主要的探测器阵列的时间标定方法为单路标定和同步标定。根据WCDA的布局可知,这两种方法都不试用于WCDA的标定。为此,WCDA使用了新的标定方法——交叉标定,随之也引出了新的问题。  本文主要研究了LHAASO-WCDA交叉标定方案,并针对其方案的核心问题,提出了一种远距离时间刻度系统方案,并完成了相关的软硬件设计。该系统主要包括同步触发单元、光源驱动单元和时间差测量单元三个部分。其中,同步触发单元和光源驱动单元以现场可编程逻辑门阵列FPGA为核心,功能分别为发送同步触发信号、驱动标定光源。时间差测量单元以时间数字转换器TDC7201为核心,用于测量多路触发信号之间的时间差。此外,还设计了光电倍增管信号采集电路,用于WCDA中光电倍增管输出信号的采集。  本文介绍了基于LHAASO-WCDA时间标定方案的LHAASO-WCDA时间刻度系统的设计以及工作原理。包括WCDA工作原理、时间标定的重要意义、时间刻度系统的硬件设计、光电倍增管输出信号采集电路、基于LabVIEW的时间刻度系统的软件设计以及时间刻度系统和光电倍增管信号采集电路的测试结果。测试结果表明系统符合WCDA时间标定的需求。最后,本文对整个系统进行了总结和展望,阐述了本文的研究成果,分析了系统存在的不足。LHAASO-WCDA时间刻度系统解决了WCDA时间标定方案的问题,为WCDA的进一步使用奠定了基础。
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