大亚湾 PMT 读出电子学介绍王铮 2009-4-21 中科院 “ 核探测技术与核电子学重点实验室 ” 年会.

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大亚湾 PMT 读出电子学介绍王铮中科院 “ 核探测技术与核电子学重点实验室 ” 年会

大亚湾实验方案 3 个实验大厅。每个实验厅内有 3 种探测器：中心探测器，水切伦科夫探测器，和 RPC 探测器。探测器系统中心探测器 RPC 探测器水切伦科夫探测器

DYB 中微子实验的 VME 读出系统整个大亚湾实验，共使用光电倍增管 2498 个，需要 158 个 PMT 读出电子学（ FEE ）插件，共 14 个 VME 机箱，构成 14 个相对独立的读出子系统。主探测器水契伦科夫探测器插件总数 VME 机箱总数位置 PMTsFEE 插件 VME 机箱 PMT s FEE 插件 VME 机箱 DB 近厅 192*212* = LA 近厅 192*212* = 远厅 192*412* = 总数 PMT 个数、 FEE 插件个数以及 VME 机箱统计整个电子学系统造价约 850 万 PMT 读出插件约 500 万

PMT 读出电子学的任务同时满足中心探测器和水切伦科夫探测器对 PMT 信号读出的要求，共计约 2498 个 PMT 信号读出。功能： – 测量每个 PMT 信号的电荷量信息 – 测量击中 PMT 的时间信息 – 为触发系统提供实时的 PMT 击中数 (NHIT) 信息 – 为触发系统提供实时的 ESUM( 能量和 ) 信息

PMT(R5912) 输出信号特征研究由此确定 PMT 读出插件的电荷测量范围中心探测器各 PMT 接收到的光电子数模拟 rising edge : 4ns falling edge : 10ns PMT gain: 10 7 － 3×10 7 linearity: － 625p.e.)

Linearity of PMT output Hamamatsu response to large light signals

PMT 读出电子学系统设计指标参数指标电荷测量范围 1.6pC – 1800pC (1~4000 p.e). 电荷分辨 1 p.e. ADC Bits 两量程 12 位 ADC ADC 采样频率 40 MSPS 时间测量范围 500 ns 时间分辨 (RMS) <1ns VME 标准 VME64xp 9u,340mm 通道数 16/ 插件

设计难点电荷测量动态范围大： 16bit ，电荷分辨要求高，为 0.1 个光电子。解决办法： – 分量程数字化：低量程 12bit ；（ ~100pe) 高量程 12bit

PMT 读出电子学系统构成

每个 VME 子系统由一个 POWER PC ，最多 16 个 FEE 插件，一块触发判选插件，一个 FADC 插件，一个扇出插件构成。每个前端电子学插件能处理 16 路光电倍增管信号。采用相对独立的前端电子学系统的设计 PMT 读出电子学系统构成 ( 续 ) VME 机箱系统

FEE 设计方案

PMT 读出电路实现 FEE PCB 版图 FEE 插件 VME 机箱系统

电荷测量测试结果

时间测量测试结果

ASUM 输出信号测试

NHIT 输出信号测试

进度 2007 年 4 月完成 FEE ver.1.0 设计 – 进行了 IHEP 模型探测器实验 2008 年 9 月完成 FEE ver.1.2 改进 2009 年 4 月完成 FEE ver.1.3 改进 2009 年 10 月完成第一个中心探测器电子学小系统（ 14 FEE ）的安装调试