lhaaso km2a 电子学初步设计
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LHAASO KM2A 电子学初步设计. 常劲帆. 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室. 中国科学院高能物理研究所. 2010 年 8 月 17 日. 报告内容. 背景介绍 面向单元探测器测试和高能所小阵列读出电子学进展 面向大阵列读出电子学预研 总结. 2002 年美国国家研究委员会 2004 年 美国国家科学技术委员会 确定的研究前沿 : 《 连接夸克和宇宙:新世纪 11 个科学问题 》. 暗物质探索. 宇宙线起源与加速机制. 极高能条件下光与物质的理论. LHAASO. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
LHAASO KM2A 电子学初步设计
2010 年 8 月 17日
中国科学院高能物理研究所
常劲帆
“ ”中国科学院 核探测技术与核电子学 重点实验室
报告内容
• 背景介绍• 面向单元探测器测试和高能所小阵列读出
电子学进展• 面向大阵列读出电子学预研• 总结
2002年美国国家研究委员会2004年美国国家科学技术委员会确定的研究前沿 :
《连接夸克和宇宙:新世纪 11个科学问题》
宇宙线起源与加速机制
暗物质探索
极高能条件下光与物质的理论
LHAASO
• LHAASO 计划的实施将挑战当今 11 个科学难题之一的“高能宇宙线起源”之谜,在 γ天文领域实现突破
• 核心科学目标:探索高能宇宙线起源以及相关宇宙演化、高能天体演化和暗物质的研究
• 建设目标:最高高能灵敏度最灵敏的 TeV 巡天扫描望远镜宇宙线分成份能谱的精确测量
LHAASO
Large High Altitude Air Shower Observatory
大型高海拔空气簇射观测站
Large High Altitude Air Shower Observatory
地面粒子阵列μ 探测器阵列
水 C阵列
LHAASO
广角 C阵列和簇射芯探测器
KM2A 250mm
250m
m
20mm
1.2m
1m
XP2012
KM2A 电子学设计要求
GEDA GMDA
动态范围 1-3000 粒子 1-3000 粒子能量分辨 <25%@1 粒子
<5%@3000 粒子
<25%@1 粒子<5%@3000 粒
子时间分辨 2ns 10ns
阈值 0.25 粒子 0.25 粒子
设计方案
• 电荷测量方案– 电荷积分方案– 高速波形采样方案
• 时间测量方案– 基于 FPGA 的 TDC 方案– 高速波形采样时间提取方案
• 大阵列时间刻度方案
单元探测器电荷时间测量方案
TDC measurement in Calibration
0
0. 1
0. 2
0. 3
0. 4
0. 5
0. 6
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000DAC value (Input pulse)
TD
C R
MS
CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8CH9CH10CH11CH12CH13CH14CH15CH16
0. 0
500. 0
1000. 0
1500. 0
2000. 0
2500. 0
3000. 0
3500. 0
4000. 0
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8CH9CH10CH11CH12CH13CH14CH15
CAL_DAC value
AD
C P
EA
K
VA
LU
E
单元探测器测试结果
电子探测器的时间分辨测量图 电子探测器的单 muon幅度测试谱(光阴极产生的光电子约为 10个)
工程小阵列测试
电子探测器小阵列的布设(局部)图
图 当前实验测试的结果
图 簇射事例的平面拟合
实验结果表明:当前小阵列的运行基本正常,但各方面的调试与完善工作仍在紧张进行,以便为不久后在羊八井的运行做好充足的准备。
工程小阵列测试结果
大阵列排布方式
单通道事例率:10KHz事例长度: 100bit带宽:1000Kbps×20 =20Mbps 风险:事例率过高
Electronics Detector PMT
Cable
Local station FEB
Center StationDAQ,Trigger,GPS
Q,T
Q,T
Q,T
Q,T
GPS
波形采样方案
• FADC 芯片选择:– E2V AT84AS001– 单通道, 12bit , 500Msps 采样频率– 功耗 2.4W– ENOB 10bit
波形采样方案
绝对时间刻度方案
总结
• 单元探测器和小阵列探测器读出电子学插件工作正常,能够满足羊八井工程阵列需求
• 面向大阵列的前端数字化插件( FDB )和中心站数据读出插件( CRB )设计工作正在展开
• 绝对时间刻度方案需要试验验证,研制其他时间刻度方法
• 羊八井特殊自然环境下系统可靠性研究
谢谢!