涂硼MWPC热中子探测器信号读出方法研究
中子是研究物质结构和动力学性质的重要工具，尤其是中子散射技术的迅猛发展，已经在包括物理、化学、生命科学、材料科学等诸多领域做出了重要的贡献，可以在原子和分子的尺度上研究物质结构和动态特性，从而可以在复杂的、集成的、微量的样品环境下进行研究。中子散射实验需要结合位置灵敏探测器对散射后的中子位置进行测量、计算靶物质的信息，而很多传统的热中子散射谱仪所用的基于3He的高压气体探测器面临一个严峻的现状:3He气体的供应已严重不足。为此，近几年各国都在研究可替代3He探测器的方案，其中涂硼的MWPC作为一种高性能、简单低成本的方案备受关注。 现行的中子位置灵敏探测系统中，多采用MPSD阵列、稻草管或MWPC等探测器，其中MWPC具有分辨能力好、高n/γ抑制能力、简单低成本等优点。典型的MWPC读出方法包括逐丝读出法、重心法和延迟线法等。本论文针对新发展的涂硼二维位置灵敏中子探测器，开展相适应的读出电子学方法的研究，在延迟线读出方法的基础上，匹配以高精度定时方案、进行位置测量，从而为开展我国具有自主知识产权的中子散射探测装置的研究和应用提供依据。 论文的主要内容包括:1、对读出方法实现的研究。延迟线读出法的应用先例往往基于经验或尝试，而通过对延迟线读出的电子学模型建立和计算，可以得到参数选取的依据，同时对放大和甄别定时电路的具体实现方法起到了指导性意义;2、高精度时间测量的实现。基于FPGA的TDC技术近年来蓬勃发展，其高精度、高集成度等优点使得该技术在本应用场合的实现有重要的意义。3、实现读出灵活的系统架构，可扩展性强、性能高。4、提出一些MWPC多重击中事例的判选、舍弃和还原的基本思路。 第一章对中子基本性质的介绍，并将热中子探测所利用的几种轻核反应进行列举，阐述利用10B薄膜类气体探测器进行热中子探测的可行性和必要性。同时，对常见的应用于热中子散射实验中的位置灵敏探测器进行分类概述，并介绍了MWPC探测器的几种读出方法。 第二章对国内外中子散射实验探测器和对应电子学读出方法的调研。由于目前涂硼探测器大部分处在预研阶段，实验中多采用基于3He的探测器，但读出方法有相同性，可供参考。 第三章由本论文针对的探测器得到原始信号的形状及对应的函数模型，并分析延迟线时间差法的网络模型，结合各种因素的分析得到延迟线模块设计的依据。 第四章和第五章分别介绍了读出系统中的前端电子学和后端电子学实现方法。前端电子学包括放大和甄别电路，后端电子学包括高精度TDC和千兆网络接口的实现。第五章的最后对读出系统的总体架构进行了总结。 第六章针对MWPC探测器延迟线读出法中可能带来的事例多重击中问题进行了讨论，介绍了现有技术方案对该情况的处理方式，并进一步提出了一些辅助还原该种事例的方法。 第七章介绍各电子学模块的独立测试和系统级的联合测试的目的、测试方法和结果，验证了前述设计方法的可行性。 第八章包括对全文的总结和展望。在对本论文研究内容的目标、意义和具体实现方法进行总体概括的基础上，进一步规划工作内容，使得系统结构进一步优化、增强可移植性，扩大适用范围。
多丝正比室;位置灵敏;时间差法;读出电子学;热中子探测器;信号读出
中国科学技术大学
博士
物理电子学
刘树彬;曹平
2016
中文
O571.53
151
2016-09-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）