Speaker
阳 刘
(中国科学技术大学)
Description
MeV能段伽马射线观测是研究高能宇宙物理过程的核心手段，但现有探测器在该能区面临角分辨受限的挑战。提高角分辨的关键在于实现对康普顿电子或正负电子对三维径迹的精确测量。为此，本研究重点设计并实现了一套面向高压气体时间投影室（TPC）的大规模、高集成度读出电子学系统，旨在通过精细的电子径迹成像提升望远镜的观测性能。
在核心技术研发方面，针对TPC探测器高达22,500个感应单元带来的读出挑战，本研究提出了一种基于哈密顿回路理论的二维通道映射复用方案。该方案成功实现了16:1的物理通道压缩，在极大降低功耗与系统复杂度的同时，确保了三维径迹重建所需的位置分辨能力。配套研制的读出电路具备20 MSPS以上的高采样率和宽动态范围信号处理能力，能够捕获纳秒级精度的漂移电子信号，从而实现对电子径迹在漂移方向（Z轴）的高精度分层测量。此外，系统集成了像素型碲锌镉（CZT）作为能量收集模块，通过协同读出，实现了全能区事例的能量闭环测量。
性能表征显示，该读出系统支持TPC在5.9 keV下达到15%的能量分辨率目标，且系统时间测量抖动小于20 ns，有效保证了三维径迹的连续性与完整性。模拟与实验验证表明，在TPC精细径迹测量的支撑下，望远镜系统在MeV能段的角分辨可提升至2°以内，并能通过径迹方向鉴别有效抑制环境本底。本研究为我国新一代具有径迹测量能力的空间MeV伽马望远镜提供了关键的电子学解决思路，目前正深入开展基于大规模TPC阵列的实时成像算法优化与系统工程化验证。
