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核电子学与探测技术
- 建 庄 (高能所)
核电子学与探测技术
- 勇 王 (中科院等离子体所)
宇宙线缪子作为重要的“天然探针”，已在粒子物理实验中得到广泛使用。为实现宇宙线缪子径迹的高精度探测，我们成功研制出了基于SiPM和闪烁光纤的位置灵敏探测器，该探测器包含8个探测大层，每层有效面积为400mm×200mm。每个大层内部由2层X方向和2层Y方向闪烁光纤垫构成，形成位置灵敏探测单元，闪烁光纤直接耦合到3mm×3mm尺寸的SiPM阵列上，每大层包含128个X方向通道和64个Y方向通道，配备独立FPGA单元，负责实时采集并预处理信号，再汇总至中央开发板完成数据采集。
本报告将重点介绍该位置灵敏探测器的设计原理、制作工艺，以及性能测试过程。测试结果表明，该探测器具备高探测效率，位置分辨率~1mm，适用于宇宙线缪子成像和带电粒子位置探测。
HEPS-BPIX4 6M是高能物理研究所正在研制的用于高能同步辐射光源（HEPS）的单光子计数型像素探测器，其192 Gbps的最大设计带宽给数据获取系统（DAQ）带来了全方位的挑战。考虑到HEPS-BPIX4 6M体积较小，光源线站的空间有限，轻量级DAQ易于整机灵活部署、维护以及快速定制。为满足高性能指标和高集成度的要求，设计并实现了HEPS-BPIX4 6M 单机异构DAQ系统。
HEPS-BPIX4 6M DAQ可按功能划分为数据流和在线软件两部分。数据流负责数据的读出、组装、处理、转发和存储；在线软件负责运行控制、数据流监控和信息发布，并提供GUI。面对高带宽实时数据处理需求，设计实现了基于GPU的在线处理模块，优化后在HEPS-BPIX4 6M DAQ成功集成。结果表明，基于NVIDIA A30 GPU的在线处理模块功能正确，数据处理效率约为 Intel Xeon...
江门中微子实验（Jiangmen Underground Neutrino Observatory, JUNO）建设在广东省江门市，是一个多物理目标的实验。为了精确测量中微子质量顺序和振荡参数，实验采用了一个2万吨低本底、高透明度的液体闪烁体探测器。JUNO探测器系统由中心探测器、水切伦科夫探测器和顶部径迹探测器组成。其中，中心探测器作为JUNO的核心探测单元，包含17612只20英寸光电倍增管（Large Photomultiplier Tube, LPMT）和25600只3英寸的光电倍增管（Small Photomultiplier Tube,...
台山中微子实验（TAO）是江门中微子实验（JUNO）的近点实验。其建设目的为JUNO提供精确的参考能谱,消除反应堆中微子能谱的模型依赖,提高中微子质量顺序测量灵敏度。台山中微子实验低温监测及报警系统的建设，旨在通过精准把控探测器低温及内外部环境温度，保障实验数据的精确采集与设备运行安全，为实验的稳定开展提供核心支撑。系统以 “精准实时监测、智能高效报警” 为目标，基于 EPICS 架构构建核心框架，依托 IOC系统实现探测器核心温度参数的实时获取；采用PT100铂电阻配合GM10控制器完成环境温度采集，形成对探测器核心及内外部环境的全面监测覆盖。数据处理遵循 “采集 - 存储 - 可视化” 流程，实时采集的温度数据同步存入分布式数据库，同时推送至 Web...
高能对撞机亮度的持续攀升，为实时数据处理系统带来了前所未有的挑战。 高亮度LHC等装置产生的TB/s级数据率，已超传统TCP/IP协议的处理极限，后者因固有的数据拷贝与内核开销，正成为触发与数据获取系统（TDAQ）的主要性能瓶颈。为了应对这一挑战，TDAQ架构已转向采用内核旁路（Kernel Bypass）技术，特别是基于融合以太网的远程直接内存访问（RDMA over Converged Ethernet,...
江门中微子实验（JUNO）旨在测量中微子的质量顺序和精确测量中微子的振荡参数。该实验的数据获取（DAQ）系统需要完成前端电子学超过40...
随着中国散裂中子源（CSNS）一期工程建成，基于Apache Kafka的谱仪实验控制系统（DSNI）实现了流式数据的高效处理，奠定了高内聚、低耦合的控制模块体系与高实时高吞吐的数据传输架构基础。二期工程于2023年4月启动，面临两大核心挑战：束流功率从170kW跃升至500kW导致数据量激增，以及单晶衍射、逆几何非弹谱仪、背散射谱仪等新增谱仪对实时反馈控制与智能化决策的迫切需求。本研究提出面向通用人工智能（AGI）的谱仪实验控制智能化体系，在一期DSNI系统的基础上,通过三大核心设计突破传统控制框架：1.AI-Ready数据集构建：对中子事件流（Event Data）、设备控制信号（PV...
合肥先进光源（Hefei Advanced Light Facility - HALF）是国家重大科技基础设施项目，将建成一台国际先进的基于衍射极限储存环的低能区第四代同步辐射光源。储存环能量2.2 GeV，束流水平自然发射度约86 pm·rad，具有国际同类装置领先水平。
HALF首期建设10光束线站，涉及大量精密光机电运动设备，需对五百多个电机轴进行控制。由于不同运动机构在位移、精度等方面需求各异，且参数差异大，同时项目工程量大、工期紧张，必须设计并实现一套能适配多样化需求的运动控制系统，以精准监测和控制光束线上多种设备的运动姿态。...
