高等核電子學6-3課件

高能物理實驗中觸發(fā)和數(shù)據獲取系統(tǒng)

高能物理實驗中觸發(fā)和數(shù)據獲取系統(tǒng)第3節(jié)前端電子學系統(tǒng)前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中的作用和組成作用：從探測單元提取信號，進行放大、成形等模擬處理，經過數(shù)字化，為數(shù)據獲取主系統(tǒng)提供事例信息，同時為觸發(fā)判選系統(tǒng)提供數(shù)據。位于數(shù)據源(即探測器)輸出端第3節(jié)前端電子學系統(tǒng)前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中的作用和組成3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中的作用和組成組成：信號處理單元包括前置放大，成形放大和甄別器等在高計數(shù)率情況下,不僅僅有信噪比方面要求，還有速度上要求，例如基線恢復等措施3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成緩沖存儲單元為了提高對撞機的亮度，LHC對撞機的對撞周期為25ns，這意味著在每25ns產生一次作用，每次作用都有可能是需要記錄的事例，取舍與否決定于觸發(fā)判選系統(tǒng)。特別是第一級觸發(fā)系統(tǒng)，要在第一級觸發(fā)系統(tǒng)中完成一次觸發(fā)判選，判選時間達到2us，是對撞作用周期80倍，一次作用結果取舍必須等待80次作用之后才能決定。這就是為什么要有緩沖存儲單元的原因。3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成緩沖存儲單元3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成數(shù)字化電路包括甄別、ADC、TDC和地址編碼等，將模擬量轉換為數(shù)字量3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成數(shù)字化電路數(shù)據通道零壓縮和數(shù)據緩沖事例內篩選出有意義的通道，剔除無意義的通道數(shù)據，使每個事例所占有的字節(jié)數(shù)減少，來減小原始數(shù)據速率，即為數(shù)據通道零壓縮。通常采用DSP來完成。第一級觸發(fā)判選之后事例數(shù)據繼續(xù)需要被緩沖存儲，等待第二級觸發(fā)判選取舍的決定，同時起到解隨機的作用。3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成數(shù)據通道零壓縮和數(shù)據緩沖3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測單元信號處理

高能物理中半導體探測器半導體探測器早在上世紀七、八十年代已廣泛應用在它具有極好的能量和空間分辨以及快的相應時間，在廣泛應用。傳統(tǒng)上是由高阻單晶硅材料制成的，目前還在研究體探測器，金剛石探測器也是有望可以開發(fā)的一種在高能物理中，以下列形式應用：pixeldetector象素探測器microstripdetector“微條”探測器3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測單元信號處3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器的示意圖3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器的示意圖3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理硅微條探測器工作原理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理硅微條探測器工作原理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器工作原理：電離粒子穿過探測器，沿著其徑跡產生電子–空穴時，電子–空穴對數(shù)正比于粒子在探測器內的能量損失，探測器二端加上反偏的電場，使電荷對在復合之前由電極將其收集起來，在電荷收集過程中在電極上產生電流脈沖，其積分（即電荷）正比于粒子在探測器內沉積的能量，通過電荷積分器和成形放大器將其讀出，其信號的幅度正比于電荷值，即正比于能量沉積。由于產生電荷對所需的能量只有3.6ev（硅半導體探測器），比氣體電離能（30ev）和閃爍計數(shù)器中從光電轉換器件的光陰極上拉出電子所需的能量（300ev）要小。另一方面，在硅中平均能量損失很高，大約390ev/μm，每μm產生110e-h對產額很高，因而使固有能量分辨很佳，在高能物理應用中最佳厚度為300μm，電離粒子通過平均可以得到3.2×104e-h對。3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器工作原理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器除有很高能量分辨之外,另一個特點是其空間分辨很好，這是因為當代半導體工藝使探測單元可以做得很小，集成密度很高。具體有以下特性：位置精度5μm雙徑跡分辨在10μm以下對于微條型探測器偏壓低于100v時間響應小于5ns安裝相對比較簡單對前端讀出電路的要求：低噪聲，高靈敏，快響應，抗輻射，高計數(shù)率，低功耗，高集成度3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器除有很高3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器前端讀出電路包括：前置放大器（一般為電荷靈敏放大器）成形放大器甄別器和甄別閾設置電路3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器前端讀出3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換器的前端讀出電子學

閃爍計數(shù)器被廣泛用于核物理和高能粒子物理實驗中。它是利用某些化合物在帶電粒子通過或光激發(fā)后能發(fā)射短的光脈沖特性，通過光電轉換器件將其轉換成電脈沖信號。電脈沖信號的電荷量一般正比于閃爍體發(fā)射的光產額，即正比于粒子沉積在閃爍體中能量，因此它可以用來測量粒子的能量?？祉憫W爍體與快光電轉換器件相配合，可以得快的輸出信號，信號的上升和下降時間可以小于1ns，因此它可以用來作為時間測量。在高能物理實驗中，閃爍計數(shù)器常用作定時（飛行時間TOF計數(shù)器），快事例選擇（觸發(fā)計數(shù)器，或為描跡儀中提供快邏輯信號），在量能器中，閃爍計數(shù)器往往是關鍵部件。3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換器的前端讀出電子學

高能物理中閃爍計數(shù)器無機閃爍體：晶體，玻璃體常用的無機閃爍晶體有：NaI(Tl),CsI(Tl),BaF2,BGO等有機閃爍體：晶體、塑料和液體常用的有機閃爍晶體蒽（C14H10）,萘（C10H8）等閃爍計數(shù)器中常用的光電轉換器有：光電倍增管（PMT)光電二極管（PD)3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換器的前端讀出電子學

光電倍增管PMT讀出前端電子學

PMT作為探測單元輸出部分在高能物理實驗中有廣泛應用:可接在量能系統(tǒng)中閃爍晶體之后；可作為RICH（環(huán)狀成像契侖科夫計數(shù)器）和飛行時間計數(shù)器TOF的輸出部分。無論用在何種情況，脈沖到達時間需要精確記錄，大多數(shù)情況下還需要記錄脈沖高度輸入信號經前置放大之后分成二種不同增益的放大成形，其目的是為了得到很大動態(tài)范圍，同時有較高能量分辨作為幅度測量，每次主時鐘將放大器輸出存儲在模擬存儲單元之中，事例一級判選之后選通進入ADC前放信號經過甄別，作為TAC的時間標記信號，TAC輸出存儲在模擬存儲單元之中，事例一級判選之后選通進入ADC甄別器另一路輸出作為一級觸發(fā)判選予處理器的輸入，經處理后送到一級觸發(fā)判選系統(tǒng)3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路高能物理實驗中絲室多絲室是一種氣體探測器。布有平行、等間隔一組陽極絲的平面夾在二個陰極平面之間，組成了多絲室，室內充滿一定氣壓的電離氣體。在陰極與陽極之間加以電壓，當帶電粒子通過多絲室時，產生電離，電子和正離子分別在電場作用下向陽極和陰極運動，最后被收集。在運動過程中，在電極上感應出電流脈沖，這就是氣體探測器工作基本原理。通常電流脈沖信號從陽極絲輸出，只有粒子通過的陽極絲才有信號產生，因此多絲室可以用來定位，陽極絲間的間隔一般在mm量級，因此定位精度也可以達到mm量級。如果陽極與陰極之間電壓加得足夠高，在陽極絲周圍形成很高電場，在電場作用下，電子進入高場區(qū)（在陽極絲周圍極小空間），電子動能很大，因而會產生再電離，甚至雪崩式電離，使電荷量激倍增，即稱為氣體放大作用。在這種條件下，電極收集到的電荷量遠比原始電荷量大得多。在一定電壓范圍內，氣體放大倍數(shù)是常數(shù)，這樣組成的多絲室即為多絲正比室。多絲正比室不僅可以用來定位，也可以測量帶電粒子在室內沉積的能量，作為dE/dx測量3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路多絲室類型很多，如：多絲正比室（Multi-WireProportionalChamber)漂移室（DriftChamber)時間投影室(TimeProjectChamber)噴注室(JetChamber)時間擴展室(TimeExpansionChamber)薄間隙室(ThinGapChamber)等等多絲室的主要參數(shù)為：單次和多次擊中的探測效率空間分辨和雙徑跡分辯死時間3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路讀出電路絲室通常多作為位置探測，最簡單為多絲正比室，其前端信號處理由放大器／甄別器（具有較低閾值）和鎖存電路等組成。TGC信號提取和模擬處理的放大、成形和甄別電路的原理框圖3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)ATLASμ子譜儀MuonDetectorsMuon.ToroidalMagnets3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)ATLA示意圖3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)示意圖3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)高動量的末態(tài)μ子是LHC上高能物理實驗中最主要的物理信號之一ATLAS探測器中有一個高分辨μ子譜儀，μ子具有很強穿透能力。通常是基于在一個強磁場系統(tǒng)中μ子徑跡的偏轉來測量它們的動量和能量對撞機高能實驗中探測器系統(tǒng)是4π空間范圍內進行探測，因而各種類型探測器在4π立體角內布局。通常分為桶部和端蓋二部分，μ子譜儀也是按桶部和端蓋部分進行布局。μ子譜儀位于整個ATLAS探測器系統(tǒng)的最外層，它包住了其它探測器。ATLASμ子譜儀簡介ATLASμ子譜儀簡介μ子譜儀有二大部分一部分是產生μ子徑跡偏轉的強磁場超導磁鐵系統(tǒng)，在ATLASμ子譜儀中有三個磁鐵系統(tǒng)，一個是用于桶部的μ子徑跡偏轉，另外二個用于兩個端蓋部分μ子徑跡偏轉；另一部分是測量μ子徑跡的探測器這些探測器分為二種類型：一類是用于在磁場主偏轉方向測量μ子徑跡座標的精密μ子探測器，它們分別由MDT（監(jiān)測漂移管）和CSC（陰極條室）來完成另一類是主要用于觸發(fā)的觸發(fā)型探測器，它們主要用來提供觸發(fā)信息，同時提供非主偏轉方位的第二個徑跡座標）。按不同部位觸發(fā)型探測器又分為二種，一種是位于桶部的，采用RPC（阻性板室），另一種位于端蓋部位的，采用TGC（薄間隙室）

ATLASμ子譜儀簡介ATLASμ子譜儀簡介μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器LHC上質子束團對撞時間間隔為25ns，用來標記哪一個束團對撞產生的末態(tài)μ子，必須要求μ子譜儀中探測器時間分辨優(yōu)于25ns，而作為精密測量μ子動量的徑跡的MDT和CSC，在時間分辨能力達不到這樣要求，因此μ子譜儀中必須安裝上時間分辨能力很好的探測器，專門用來確認束團（BunchCrossIdentification），這就是μ子譜儀中與精密測量探測器相配合的觸發(fā)探測器μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器在ATLAS探測器μ子譜儀中在桶部采用阻抗板室（RPC），而在端蓋部分采用薄間隙室（TGC）。RPC是充氣平行板探測器，而TGC是工作在飽和模式下多絲正比室，它們的時間分辨均優(yōu)于5ns，兩個區(qū)域采用兩種不同探測器是出于不同的計數(shù)率，不同的本底條件、不同的空間分辨率要求和成本等諸多因素考慮。μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器觸發(fā)探測器有三重目的：束團的確認，要求時間分辨優(yōu)于束團間的時間間隔25ns在磁場中進行橫動量PT的切割（觸發(fā)甄別），要求探測器單元顆粒線度在1cm量級提供垂直于精密室測量方向的第二個座標測量，典型的空間分辨為5~10mmμ子譜儀中觸發(fā)用的探測器μ子譜儀端蓋部分布局端蓋部分用TGC作為μ子觸發(fā)型探測器包括M1三層型TGC站和M2、M3兩個雙層型TGC站

μ子譜儀端蓋部分布局端蓋部分用TGC作為μ子觸發(fā)型探測器包括ATLAS

TGC前端讀出電子學綜述ATLASTGC前端讀出電子學綜述3-DPS-Pack3-DPS-PackTGC結構TGC結構TGC前端放大器、成形電路和甄別器TGC前端放大器、成形電路和甄別器高等核電子學6-3課件高等核電子學6-3課件高等核電子學6-3課件Patch-Panel結構Patch-Panel結構TGC前端讀出的組織結構TGC前端讀出的組織結構TGC前端讀出總體連接TGC前端讀出總體連接三層型（triplet）TGC緩沖存儲和解隨機器三層型（triplet）TGC緩沖存儲和解隨機器ATLAS電磁量能器ATLAS電磁量能器高等核電子學6-3課件ATLAS-電磁量能器讀出系統(tǒng)

ATLAS-電磁量能器讀出系統(tǒng)

一個量能器，其所要獲取的信息是末態(tài)粒子沉積在探測單元中的能量。反映在電子學電路中，即為輸出脈沖的幅度，在作用頻率很高的實驗中（如ATLAS)，觸發(fā)系統(tǒng)滯后時間遠大于作用周期時，對于模擬信號需要存儲一段時間，等待觸發(fā)判決結果來決定它的取舍，其前端讀出模塊中，必須有一個模擬存儲用來暫存模擬信號，ATLAS-電磁量能器前端讀出模塊就是其中一個例子ATLAS-電磁量能器前端讀出模塊一個量能器，其所要獲取的信息是末態(tài)粒子沉積在探測單元中的能量ATLAS-電磁量能器前端讀出模塊ATLAS-電磁量能器前端讀出模塊前端讀出模塊（FEM）包括以下幾種模板：帶精密脈沖源的校正板

前端板,完成：放大和成形模擬信號

將幾個探測單元信號模擬相加為TBB板提供信息

把模擬信號存儲成流水線模擬存儲器中，等待一級觸發(fā)系統(tǒng)取舍將選中事例信號數(shù)字化

通過光纖傳送數(shù)字信號到ROD（off-Detector）TBB板完成為觸發(fā)處理器提供觸發(fā)數(shù)據的予處理控制板：接收和分發(fā)主時鐘，一級觸發(fā)接收信號和其它同步信號接收和分發(fā)配置控制機箱內各塊板的控制信息

ATLAS-電磁量能器前端讀出模塊ATLAS-電磁量能器前端讀出模塊高等核電子學6-3課件高等核電子學6-3課件高等核電子學6-3課件高等核電子學6-3課件高等核電子學6-3課件Overview-TGCReadOutSystemArchitectureArchitectureSlaveBoardStarSwitchReadOutDriverSlaveBoardBunchIdentificationLevel1BufferFirstDerandomizerLocalSlaveLinkDriverStarSwitchLocalSlaveLinkReceiverSparseDataScan15/18to1DataConcentratorFrontEndLinkDriverReadOutDriverFrontEndLinkReceiverOverview-TGCReadOutSystemA高等核電子學6-3課件高等核電子學6-3課件高能物理實驗中觸發(fā)和數(shù)據獲取系統(tǒng)

高能物理實驗中觸發(fā)和數(shù)據獲取系統(tǒng)第3節(jié)前端電子學系統(tǒng)前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中的作用和組成作用：從探測單元提取信號，進行放大、成形等模擬處理，經過數(shù)字化，為數(shù)據獲取主系統(tǒng)提供事例信息，同時為觸發(fā)判選系統(tǒng)提供數(shù)據。位于數(shù)據源(即探測器)輸出端第3節(jié)前端電子學系統(tǒng)前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中的作用和組成3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中的作用和組成組成：信號處理單元包括前置放大，成形放大和甄別器等在高計數(shù)率情況下,不僅僅有信噪比方面要求，還有速度上要求，例如基線恢復等措施3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成前端電子學在數(shù)據獲取系統(tǒng)中3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成緩沖存儲單元為了提高對撞機的亮度，LHC對撞機的對撞周期為25ns，這意味著在每25ns產生一次作用，每次作用都有可能是需要記錄的事例，取舍與否決定于觸發(fā)判選系統(tǒng)。特別是第一級觸發(fā)系統(tǒng)，要在第一級觸發(fā)系統(tǒng)中完成一次觸發(fā)判選，判選時間達到2us，是對撞作用周期80倍，一次作用結果取舍必須等待80次作用之后才能決定。這就是為什么要有緩沖存儲單元的原因。3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成緩沖存儲單元3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成數(shù)字化電路包括甄別、ADC、TDC和地址編碼等，將模擬量轉換為數(shù)字量3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成數(shù)字化電路數(shù)據通道零壓縮和數(shù)據緩沖事例內篩選出有意義的通道，剔除無意義的通道數(shù)據，使每個事例所占有的字節(jié)數(shù)減少，來減小原始數(shù)據速率，即為數(shù)據通道零壓縮。通常采用DSP來完成。第一級觸發(fā)判選之后事例數(shù)據繼續(xù)需要被緩沖存儲，等待第二級觸發(fā)判選取舍的決定，同時起到解隨機的作用。3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成數(shù)據通道零壓縮和數(shù)據緩沖3.1前端電子學系統(tǒng)－作用和組成3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測單元信號處理

高能物理中半導體探測器半導體探測器早在上世紀七、八十年代已廣泛應用在它具有極好的能量和空間分辨以及快的相應時間，在廣泛應用。傳統(tǒng)上是由高阻單晶硅材料制成的，目前還在研究體探測器，金剛石探測器也是有望可以開發(fā)的一種在高能物理中，以下列形式應用：pixeldetector象素探測器microstripdetector“微條”探測器3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測單元信號處3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器的示意圖3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器的示意圖3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理硅微條探測器工作原理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理硅微條探測器工作原理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器工作原理：電離粒子穿過探測器，沿著其徑跡產生電子–空穴時，電子–空穴對數(shù)正比于粒子在探測器內的能量損失，探測器二端加上反偏的電場，使電荷對在復合之前由電極將其收集起來，在電荷收集過程中在電極上產生電流脈沖，其積分（即電荷）正比于粒子在探測器內沉積的能量，通過電荷積分器和成形放大器將其讀出，其信號的幅度正比于電荷值，即正比于能量沉積。由于產生電荷對所需的能量只有3.6ev（硅半導體探測器），比氣體電離能（30ev）和閃爍計數(shù)器中從光電轉換器件的光陰極上拉出電子所需的能量（300ev）要小。另一方面，在硅中平均能量損失很高，大約390ev/μm，每μm產生110e-h對產額很高，因而使固有能量分辨很佳，在高能物理應用中最佳厚度為300μm，電離粒子通過平均可以得到3.2×104e-h對。3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器工作原理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器除有很高能量分辨之外,另一個特點是其空間分辨很好，這是因為當代半導體工藝使探測單元可以做得很小，集成密度很高。具體有以下特性：位置精度5μm雙徑跡分辨在10μm以下對于微條型探測器偏壓低于100v時間響應小于5ns安裝相對比較簡單對前端讀出電路的要求：低噪聲，高靈敏，快響應，抗輻射，高計數(shù)率，低功耗，高集成度3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器除有很高3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器前端讀出電路包括：前置放大器（一般為電荷靈敏放大器）成形放大器甄別器和甄別閾設置電路3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理半導體探測器前端讀出3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換器的前端讀出電子學

閃爍計數(shù)器被廣泛用于核物理和高能粒子物理實驗中。它是利用某些化合物在帶電粒子通過或光激發(fā)后能發(fā)射短的光脈沖特性，通過光電轉換器件將其轉換成電脈沖信號。電脈沖信號的電荷量一般正比于閃爍體發(fā)射的光產額，即正比于粒子沉積在閃爍體中能量，因此它可以用來測量粒子的能量?？祉憫W爍體與快光電轉換器件相配合，可以得快的輸出信號，信號的上升和下降時間可以小于1ns，因此它可以用來作為時間測量。在高能物理實驗中，閃爍計數(shù)器常用作定時（飛行時間TOF計數(shù)器），快事例選擇（觸發(fā)計數(shù)器，或為描跡儀中提供快邏輯信號），在量能器中，閃爍計數(shù)器往往是關鍵部件。3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換器的前端讀出電子學

高能物理中閃爍計數(shù)器無機閃爍體：晶體，玻璃體常用的無機閃爍晶體有：NaI(Tl),CsI(Tl),BaF2,BGO等有機閃爍體：晶體、塑料和液體常用的有機閃爍晶體蒽（C14H10）,萘（C10H8）等閃爍計數(shù)器中常用的光電轉換器有：光電倍增管（PMT)光電二極管（PD)3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換器的前端讀出電子學

光電倍增管PMT讀出前端電子學

PMT作為探測單元輸出部分在高能物理實驗中有廣泛應用:可接在量能系統(tǒng)中閃爍晶體之后；可作為RICH（環(huán)狀成像契侖科夫計數(shù)器）和飛行時間計數(shù)器TOF的輸出部分。無論用在何種情況，脈沖到達時間需要精確記錄，大多數(shù)情況下還需要記錄脈沖高度輸入信號經前置放大之后分成二種不同增益的放大成形，其目的是為了得到很大動態(tài)范圍，同時有較高能量分辨作為幅度測量，每次主時鐘將放大器輸出存儲在模擬存儲單元之中，事例一級判選之后選通進入ADC前放信號經過甄別，作為TAC的時間標記信號，TAC輸出存儲在模擬存儲單元之中，事例一級判選之后選通進入ADC甄別器另一路輸出作為一級觸發(fā)判選予處理器的輸入，經處理后送到一級觸發(fā)判選系統(tǒng)3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理閃爍計數(shù)器中光電轉換3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路高能物理實驗中絲室多絲室是一種氣體探測器。布有平行、等間隔一組陽極絲的平面夾在二個陰極平面之間，組成了多絲室，室內充滿一定氣壓的電離氣體。在陰極與陽極之間加以電壓，當帶電粒子通過多絲室時，產生電離，電子和正離子分別在電場作用下向陽極和陰極運動，最后被收集。在運動過程中，在電極上感應出電流脈沖，這就是氣體探測器工作基本原理。通常電流脈沖信號從陽極絲輸出，只有粒子通過的陽極絲才有信號產生，因此多絲室可以用來定位，陽極絲間的間隔一般在mm量級，因此定位精度也可以達到mm量級。如果陽極與陰極之間電壓加得足夠高，在陽極絲周圍形成很高電場，在電場作用下，電子進入高場區(qū)（在陽極絲周圍極小空間），電子動能很大，因而會產生再電離，甚至雪崩式電離，使電荷量激倍增，即稱為氣體放大作用。在這種條件下，電極收集到的電荷量遠比原始電荷量大得多。在一定電壓范圍內，氣體放大倍數(shù)是常數(shù)，這樣組成的多絲室即為多絲正比室。多絲正比室不僅可以用來定位，也可以測量帶電粒子在室內沉積的能量，作為dE/dx測量3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路多絲室類型很多，如：多絲正比室（Multi-WireProportionalChamber)漂移室（DriftChamber)時間投影室(TimeProjectChamber)噴注室(JetChamber)時間擴展室(TimeExpansionChamber)薄間隙室(ThinGapChamber)等等多絲室的主要參數(shù)為：單次和多次擊中的探測效率空間分辨和雙徑跡分辯死時間3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路讀出電路絲室通常多作為位置探測，最簡單為多絲正比室，其前端信號處理由放大器／甄別器（具有較低閾值）和鎖存電路等組成。TGC信號提取和模擬處理的放大、成形和甄別電路的原理框圖3.2前端電子學系統(tǒng)－探測單元信號處理絲室讀出電路3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)ATLASμ子譜儀MuonDetectorsMuon.ToroidalMagnets3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)ATLA示意圖3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)示意圖3.3前端電子學系統(tǒng)

－ATLAS前端電子學系統(tǒng)高動量的末態(tài)μ子是LHC上高能物理實驗中最主要的物理信號之一ATLAS探測器中有一個高分辨μ子譜儀，μ子具有很強穿透能力。通常是基于在一個強磁場系統(tǒng)中μ子徑跡的偏轉來測量它們的動量和能量對撞機高能實驗中探測器系統(tǒng)是4π空間范圍內進行探測，因而各種類型探測器在4π立體角內布局。通常分為桶部和端蓋二部分，μ子譜儀也是按桶部和端蓋部分進行布局。μ子譜儀位于整個ATLAS探測器系統(tǒng)的最外層，它包住了其它探測器。ATLASμ子譜儀簡介ATLASμ子譜儀簡介μ子譜儀有二大部分一部分是產生μ子徑跡偏轉的強磁場超導磁鐵系統(tǒng)，在ATLASμ子譜儀中有三個磁鐵系統(tǒng)，一個是用于桶部的μ子徑跡偏轉，另外二個用于兩個端蓋部分μ子徑跡偏轉；另一部分是測量μ子徑跡的探測器這些探測器分為二種類型：一類是用于在磁場主偏轉方向測量μ子徑跡座標的精密μ子探測器，它們分別由MDT（監(jiān)測漂移管）和CSC（陰極條室）來完成另一類是主要用于觸發(fā)的觸發(fā)型探測器，它們主要用來提供觸發(fā)信息，同時提供非主偏轉方位的第二個徑跡座標）。按不同部位觸發(fā)型探測器又分為二種，一種是位于桶部的，采用RPC（阻性板室），另一種位于端蓋部位的，采用TGC（薄間隙室）

ATLASμ子譜儀簡介ATLASμ子譜儀簡介μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器LHC上質子束團對撞時間間隔為25ns，用來標記哪一個束團對撞產生的末態(tài)μ子，必須要求μ子譜儀中探測器時間分辨優(yōu)于25ns，而作為精密測量μ子動量的徑跡的MDT和CSC，在時間分辨能力達不到這樣要求，因此μ子譜儀中必須安裝上時間分辨能力很好的探測器，專門用來確認束團（BunchCrossIdentification），這就是μ子譜儀中與精密測量探測器相配合的觸發(fā)探測器μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器在ATLAS探測器μ子譜儀中在桶部采用阻抗板室（RPC），而在端蓋部分采用薄間隙室（TGC）。RPC是充氣平行板探測器，而TGC是工作在飽和模式下多絲正比室，它們的時間分辨均優(yōu)于5ns，兩個區(qū)域采用兩種不同探測器是出于不同的計數(shù)率，不同的本底條件、不同的空間分辨率要求和成本等諸多因素考慮。μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器μ子譜儀中觸發(fā)用的探測器觸發(fā)探測器有三重目的：束團的確認，要求時間分辨優(yōu)于束團間的時間間隔25ns在磁場中進行橫動量PT的切割（觸發(fā)甄別），要求探測器單元顆粒線度在1cm量級提供垂直于精密室測量方向的第二個座標測量，典型的空間分辨為5~10mmμ子譜儀中觸發(fā)用的探測器μ子譜儀端蓋部分布局端蓋部分用TGC作為μ子觸發(fā)型探測器包括M1三層型TGC站和M2、M3兩