基于SCA的切伦科夫望远镜原型电子学研究

来源 :中国科学技术大学 |
位于四川省稻城的“高海拔宇宙线观测站”(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)现已实现全阵列运行,LHAASO的大视场和极高的能谱测量精度为寻找100TeV光子源提供了强有力的保证,并已取得突破性的研究进
位于四川省稻城的“高海拔宇宙线观测站”(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)现已实现全阵列运行,LHAASO的大视场和极高的能谱测量精度为寻找100TeV光子源提供了强有力的保证,并已取得突破性的研究进展。如果采用视场较小,但空间分辨更好的成像大气切伦科夫望远镜阵列(Imaging Atmospheric Cherenkov telescopes,IACT)与之互为补充,则可实现对伽马源的内部结构进行精细测量,也有助于对LHAASO观测到的超高能伽马源的认证,因此这是LHAASO建成之后又一项重要的工作。目前,国际上已建成了多个IACT阵列,如大气伽玛切伦科夫成像望远镜(Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov telescope,MAGIC)、高能立体望远镜系统(High Energy Stereoscopic System,H.E.S.S.)、超高能辐射成像望远镜阵列系统(Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System,VERITAS)等,它们基于光电倍增管(Photomultiplier,PMT)探测高能伽马光子在大气中的簇射过程中产生的切伦科夫光,已取得了一系列令人瞩目的观测成果。近年来,随着实验技术的发展,由于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)探测器具有高光电转换效率、低成本、在强光下工作不易损坏的优势,在IACT中应用SiPM探测器进行探测成为伽马天文观测中的一种新兴趋势。在LHAASO基础上建设的面向伽马天文观测的IACT即计划基于SiPM探测器进行研制。IACT读出电子学需要实现大动态范围下的高精度电荷测量,并具备一定的精度的时间测量能力。而在IACT应用中,SiPM输出信号相对于传统的基于PMT的IACT输出信号特征存在差异。首先,SiPM探测器的输出信号宽度更大,在20 ns~90 ns范围内,相应的在电荷测量时需要更宽的电荷积分窗口;同时,IACT在工作中会观测到夜空本底干扰(对应单光电子信号),因此,在更大的积分窗口下,此本底干扰会对电荷测量结果造成明显的影响;此外,相对于PMT,SiPM输出信号形状具有更显著的不一致性。上述情况对电子学系统的设计提出了挑战。针对上述要求与挑战,在本论文研究中采用分段多增益测量与基于开关电容阵列(Switched Capacitor Array,SCA)的波形数字化相结合的技术展开研究,以实现大动态范围、较大波形不一致性下的信号读出。工作中设计并对比测试了基于隔离放大和电流扇出的两种模拟前端电路的设计方案;在波形采样技术上,进行了关键参数的取值分析,特别是深入分析了在不同基线测量区间和电荷积分窗口下本底干扰对测量的影响,结合电子学基线噪声特性选取最佳化的积分窗口时间,并相应在现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中设计了滑动窗口式的基线计算处理及相关逻辑,完成实时的波形信息提取。在方法研究的基础上,进行了电子学原型系统的设计与测试,测试结果表明该原型电子学系统可以在5 P.E.~8000 P.E.动态范围内完成IACT中SiPM信号测量,在5 P.E.处的电荷精度好于25%,在8000 P.E.处的电荷精度好于3%,在全动态范围内的时间测量精度好于800 ps RMS,达到了研究目标。本论文的结构介绍如下:第一章阐述了伽马天文观测的物理背景,介绍了成像大气切伦科夫望远镜的特点,并根据SiPM探测器输出信号的波形特征,给出了前端电子学的设计指标需求。第二章对宇宙线实验电子学中的时间和电荷测量的基本方法进行了调研,包括定时甄别的基本方法、电荷-幅度转换技术、电荷-时间转换技术和波形数字化技术。第三章介绍了望远镜原型电子学系统的设计和实现。首先,通过对SiPM探测器输出信号特征的分析,确立了 SiPM探测器读出技术路线。然后,对SiPM探测器输出信号中的夜空本底干扰展开讨论,通过计算和仿真分析了夜空本底干扰对电荷测量结果的影响,确认了电荷积分区间长度和基线采集区间长度等关键参数的最佳范围。最后根据讨论和分析结果,提出了读出电子学原型系统的设计方案,并介绍了其硬件电路和FPGA逻辑的具体实现。第四章介绍了望远镜读出原型电子学的测试方法和测试结果,包括SCA芯片的标定和修正测试、瞬态波形测试、基线测试、电荷性能测试与时间性能测试。测试结果表明,各项指标可以满足应用需求,达到了研究目标。第五章对论文进行了总结,并对未来的工作做出展望。
研究了有机改性膨润土对锌离子的吸附性能。结果表明:有机改性膨润土对水中锌离子的吸附在60min达到平衡;在50mL、10mg/L的锌离子溶液中,当其用量为1.0g时,有机改性膨润土对水中锌
本文研究西欧中世纪家庭财产继承和婚姻财产转让中的妇女地位,旨在通过分析家庭财产继承和婚姻财产转让方式与内容的演变来说明妇女地位的变化。 在整个中世纪,妇女的地位是
<正> 经济改革的基本问题之一,就是要进一步给劳动者以真正当家做主的权力,从而使再生产过程民主化。扩大企业自主权,权扩给谁?就是要扩大劳动者的权办,否则,加速生产力的发
目的以目前国内市场占有率前12名的抗-HCV酶联免疫试剂中的8种(代号A-E国产,F-H进口)为代表对国产酶联免疫试剂和进口酶联免疫试剂的实验室检测效果进行比较,作为试剂质量的
期刊
企业社会责任亚洲峰会2012(CSR Asia Summit 2012)日前在京召开.超过450名社会责任领域专家、政府、公益组织、企业及学术界代表出席了会议,并就“本地创新应对全球挑战”议题进
近日,全球领先的商务智能(BI)解决方案供应商Business Objects(BO)公司发布了业界先进的商务智能平台——BusinessObjects XI Release2。该公司的商务智能平台BO XI为绩效管理、计
在水利部前期重大项目“地震对大坝灾变机理与对策研究”、国家自然科学基金项目“基于FEMOL的大口径PCCP管结构计算与安全评价”、中央级公益科研院所专项资金重点项目“高
<正> 近二十年来,在从事分子生物学研究的实验室中已使用核酸探针和杂交技术。这些技术在其他领域中的使用也显示出巨大潜力,新近已用于解决传染病中的一些问题。由于适用任
文章首先分析了教师资格证授课面试存在的问题,包括不了解教材、不了解学生、授课变成表演、环节不完整、授课线索乱、讲解不透彻、审题很粗心,然后针对这些问题论述了教师资
用Φ14mm的45Si2Cr盘条生产1420MPa级Φ13mm光圆PC钢棒时,出现拉伸断口异常。分别对正常断口和异常断口进行宏观、微观形貌分析,正常断口为杯锥状,钢棒延伸率为8%,面缩率为41%;异常
为了获得钢管高质量的无溶剂环氧涂料内减阻涂层,通过对无溶剂环氧涂料的输送条件和内喷涂工艺原理的分析,设计了钢管无溶剂内减阻涂层的制备工艺。采用设计的制备工艺,对Φ1
摘 要 就目前医学院校大学计算机课程存在的问题进行分析,并结合医学学科专业特点,对该课程的教学理念、教学模式及考试模式进行改革探索,皆在培养医学生的计算思维能力和使用计算机解决问题的能力。  关键词 大学计算机;计算思维;教学改革;医学应用  中图分类号:G642.3 文献标识码:B  文章编号:1671-489X(2017)02-0098-03  Exploration on Teaching
1事故背景2010年2月7日,美国康涅狄格州米德尔敦Kleen能源系统有限责任公司正在建设中的一座天然气联合循环电厂发生特大天然气爆炸事故,造成6人死亡和至少50人受伤。
【正】 中国民用航空总局,各航空公司,财政部驻各省、自治区、直辖市、计划单列市财政监察专员办事处:根据《国务院关于印发民航体制改革方案的通知》(国发[2002]6号)的有关
棘球蚴病【俗称包虫病】是一种危害严重的人兽共患病,棘球蚴病的诊断是监测本病流行情况和防治效果的重要手段,多种免疫诊断方法同步进行能提高诊断准确率,为此,我们进行了微
<正> 球带尺是用来检测轮辋胎圈座直径的检具。在检测前,球带尺需用校正心轴进行校正。为此,设计了球带尺校正用的心轴。这种心轴有两种结构。一种是由钢带对接而成的,如图1
今年上半年税收增加到2万亿元,增长的比例,像过去一样,比GDP的增长几乎加倍。这样长时间的、非正常的税收增长大家有什么感受?我猜想大多数人会说:没什么感觉。这似乎是一个好现象
目的 探讨Akt和p27蛋白控制胆管癌细胞生长的分子机制.方法 利用突变载体、突变失活载体以及位点突变基因的转染技术,流式细胞仪检测PI3K、转染各类载体对胆管癌细胞周期的影
南阳龙驿羽毛球俱乐部创立于2002年,培训场地2000平方米,俱乐部是集青少年羽毛球培训、干部职工健身活动,赛事策划及推广为一体的综合性运动场所。俱乐部教练在长期培训中总
随着科学技术的发展,利用分析仪器对样品的检测技术也在不断发展和进步。而样品预处理是样品进行测定过程中的重要步骤之一。传统的样品萃取技术存在操作费时费力、需要使用
<正>我认为下一个对世界经济有重大影响的可能是印度,而印度与中国经济差距大概有十年。从世界形势来看,从2011年到2015年,2015年是预测值,世界经济和贸易的增长速度,从2011
政府主导型慈善事业虽然曾发挥了它应有的作用,但是目前却制约了我国慈善事业的发展,因此本文首先从政府主导型慈善事业的特点出发,指出了政府主导型慈善事业存在的主要弊病,
回 回 产卜爹仇贱回——回 日E回。”。回祖 一回“。回干 肉果幻中 N_。NH lP7-ewwe--一”$ MN。W;- __._——————》 砧叫]们羽 制作:陈恬’#陈川个美食 Back to yield
一直以来,iPad都以其精致的设计及完美的体验获得了大量消费者的青睐,但其动辄2000+的价格,也让很多人在犹豫再三之下放弃选择。日前,一款型号为IMININ79的平板电脑新品将弥补
敌马烟剂防治刺槐外斑尺蠖试验初报①耿长明(鹤壁矿务局内黄林场内黄456350)厉天斌张学正(郑州市林业工作总站)杜现军(濮阳市林业局)吕松江(辉县市林业局刺槐外斑尺蠖是一种杂食性食叶害虫
节能式增压气缸及其效率分析董哲,郑洪生,何苹本文介绍一种节能式增压气缸,它与同尺寸的普通增压气缸相比,具有增压比大、效率高的特点,并且有流量均匀、流量自动适应负载等优点,使
本试验是为了研究磷素对水稻的作用效果、养分吸收规律和稻米品质的影响。试验结果表明处理3磷肥施用纯量达到3kg/亩时,产量和品质最高,当磷肥施用纯量达到4.5kg/亩时(处理5),产量
2009年,是我市化挑战为机遇,经济社会乘势而上、加快发展的一年。全市科技工作在汕头市委、市政府的正确领导下,在科技部、省科技厅的指导支持下,紧密围绕全市的中心工作,抓住加快
目的探讨以昏迷为主要症状的低血糖患者的急救措施。方法对以昏迷为主要症状的患者实施相关辅助检查,明确低血糖的主要病因。结果与结论对以昏迷为主要症状的低血糖患者实施
目的 探讨18F-FDG PET/CT显像对孤立性肺病变的诊断价值及误诊原因.方法 回顾分析32例孤立性肺部病变患者18F-FDG PET/CT显像结果.将PET/CT结果与病理检查结果进行对比,评价1
目的 :探讨nm2 3-H1基因在膀胱癌中突变及表达的意义。方法 :应用半定量逆转录聚合酶链反应 (RT-PCR)和银染单链构象多态性 (SSCP)方法检测nm2 3-H1基因在 2 5例膀胱癌组织及
目的 对循证护理在急性心肌梗死后心律失常中的应用价值予以探讨.方法 随机选取我院收治的急性心肌梗死后心律失常患者94例,均为2018年7月至2019年8月间收治,随机分为对照组(
7月15日,中国保安协会下发《关于开展保安服务企业质量管理体系认证工作的通知》,《关于开展保安服务企业质量管理体系认证工作方案》同时印发。通知中说,为发挥中国保安协会
期刊
随着现代小学数学课程改革的不断深入和推进,在几何教学中适时地运用信息技术的资源优势,能为学生营造轻松、交互、动态、开放的学习环境,充分调动学生多种感官的参与,帮助学
写作能力的培养和提升一直以来都是语文课程在开展过程中的重头戏,需要教师在教学开展的过程当中高度的关注和重视,这样才可以帮助学生夯实好写作基础,为学生后续的语文表达和写作起到良好的铺垫作用。在实际写作教学中,由于教师缺乏有效的教学策略,学生的写作兴趣得不到充分的激发,存在机械化写作等严重的问题。改变现状需要教师做出努力,吸收先进的教学经验,推动课堂创新,构建崭新的写作教学体系。