PandaX-Ⅲ实验时间投影室信号读出方法研究微电子学与固体电子学专业毕业论文.docx

万方数据 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 作为当今粒子物理领域的热点研究方向，无中微子双B衰变对于研究中微子 的性质具有至关重要的意义。当前国际上同时有许多无中微子双B衰变实验正在 开展或筹划中，如位于意大利格兰萨索国家地下实验室的CUORE和GERDA实 验，位于WIPP的EXO．200实验，位于Canfranc的NEXT实验，位于Kamiola 的KamLAND．Zen实验等。在我国，由上海交通大学牵头，也即将在四川锦屏 山的地下实验室开展了PandaX(Particle and Astrophyrsical Xenon Detector，粒子和 天体物理氙探测器)．III实验，寻找无中微子双B衰变事件。 PandaX-III实验拟采用高压氙气时间投影室(TPC，Time erojection Chamber)， 时间投影室中B射线的电离径迹在漂移电场的作用下移动到端盖的Micromegas 探测器，由前端电子学将携带着时间、位置、电荷量信息的信号读出，通过后期 的计算处理，不仅能够精确测量到事例的能量，还可以实现事例径迹的三维重建。 由于本实验的时间投影室中的电离径迹漂移速度慢，并且事例径迹较长。因 此当径迹和探测器端盖呈不同夹角时，输出信号的宽度也会不同，其变化范围可 达lOOns～300us。相应的，由于信号的总电荷量(对应于13射线的能量)是一定 的，从而不同宽度的信号，其幅度也会有很大的变化。以上特点对于电子学方案 的设计构成了挑战。 本论文在PandaX．III目前拟定的电子学读出方案基础上，对信号的读出方法 进行了深入的研究。分别通过模拟仿真、和使用分立元器件设计电路进行验证测 试的方式，研究了噪声、信号宽度、采样率等多种因素对信号测量误差的影响。 针对PandaX．III实验的信号特点，本论文还提出了通过同时测量信号输出波 形面积和峰值来推算信号能量的方法，并对噪声、采样率等因素对测量精度的影 响做出了评估。 本论文在设计数据采集板FPGA内部逻辑时，针对大宽度信号输出波形幅度 低的特点，提出了波形采样+面积积分的触发方式。该触发方式既保证了宽信号 的触发效率，同时还解决了当电平触发阈值过低时由噪声而产生的误触发问题。 本论文的研究成果将对PandaX．III TPC读出电子学的设计、以及前端ASIC 芯片设计(或优化改进)具有重要的参考意义。 关键词：无中微子双13衰变，PandaX．III，高压氙气TPC信号读出，大宽度范围 信号读出，面积积分触发 摘要 H AbstractABSTRACT Abstract ABSTRACT As the direction of partical physics research hot spot，neutrinoless double beta decay has vital significance to research for the properties of neutrino．At present there are many experiments about neutrinoless double beta decay in the world．For example， CUORE and GERDA located in the Underground laboratory of Gran Sasso national underground laboratory in Italy； EXO一200 is in WIPP； 111e NEXT located in the Canfranc；KamLAND．Zen located in the Kamiola．Last year,PandaX(Particle and Astrophysical Xenon Detector)-III started to look for neutrinoless double beta decay， which located in the underground laboratory in Jinpin mountain of Sichuan province of China． PandaX-III’S detector is high-pressure xenon gas(卸PXe)time projection chamber(TPC)．111e event moves to the end cover readout detector Micromegas because of the action of drift electric field，which iS readout by the Micromegas with message of ti