基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

作者：朱丹阳; 陈朕; 易晗; 高可庆; 封常青^*; 樊瑞睿; 孙康; 蒋伟; 李强; 李样; 刘树彬

来源：原子能科学技术, 2020, 54(06): 1005-1012.

• 中子飞行时间测量
• SCA波形采样
• 读出电子学

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量,研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置,并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统,实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化,在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量,其量程为650 ns～10 ms,电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验,成功获得了中子束流剖面及10.65μs～10 ms范围的飞行时间谱,对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验,验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。

• 单位
  中国科学技术大学; 散裂中子源科学中心; 中国科学院高能物理研究所; 西安交通大学; 核探测与核电子学国家重点实验室; 中国科学院大学