RPC读出电子学系统研究

中国原子能科学研究院核数据重点实验室 蹇司玉 胡守扬 李笑梅

大亚湾核电站在发电过程中会伴随产生大量的电子反中微子。并且由于大亚湾独特的地理优势，为测量中微子交叉混合角θ13的测量提供了得天独厚的实验条件。实验主要的本底来自宇宙射线。在实验中采用阻性板气体探测器（RPC）与水切伦科夫探测器实现宇宙射线的排除。为能准确去除宇宙射线的影响并且减少死区与死时间，宇宙射线位置的探测精度显得特别重要。

RPC探测器位置分辨与其读出条间距呈反比。但提高读出条的密度降低其宽度需更多的读出电子学通道会增加成本。探测器的前段读出方式通常有数字读出以及模拟读出的方式。采用数字读出方式直接将探测器的模拟信号通过比较器转换为数字信号，而模拟读出方式通过模数转换器可以将探测器信号的幅度值采集下来。数字读出方式成本低廉，数据量小，但是会损失粒子能量度，每次粒子穿过探测器在一个读出条上产生信号。因为实验并没有对探测器能量分辨上提出任何要求。因此读出RPC探测器的信号采用数字读出方式即可。

如图1为系统的结构图。系统主要包括模拟甄别单元、阈值产生单元、数据缓存单元、开关控制单元、中断产生单元、控制逻辑以及LVDS 通信单元。从RPC 产生的模拟信号先经模拟甄别单元，将RPC 产生的模拟信号转换成数字信号。阈值产生单元采用了24位数字可编程数字模拟转换器，在此过程中可以为每一个读出电子学通道产生一个可编程控制的甄别阈值，方便以后对电子学系统阈值的调试以及系统运行过程中在线的配置调整。从甄别单元输出的数字信号随后进入数据缓冲单元，进行数据的暂存。同时信号进入中断产生单元，产生中断信号，发送到控制逻辑。逻辑控制单元通过中断的信息，并且降低探测器位置重建的精度。而模拟读出方式可以得到探测器信号的幅度大小，可以用于重建粒子的能量信息，在探测器信号能够覆盖多个读出条的情况下，能够提高探测器的位置重建精度。但是这种方式因为需要高精度模拟放大以及模数转换，因此成本比价高，并且所获取到的数据量较大，这对后级的处理系统要求较高。目前所采用的读出条的间距约为1厘米的宽单元可准确判断产生信号的通道，并读取对应组的数据，避免控制单元由于循环读取而造成的资源浪费。随后信号在控制单元中经数据处理打包后，经LVDS数据发送单元发送到下一级标准数据获取系统中。

图1

目前实验已经完成了读出电子学系统原理的设计，仿真。第一版原型机已经完成，下一步将进行系统的调试。