摘要：宇宙线μ子成像(Coic-ray Moun Tomography)技术是一种新型的高Z物质检测及监测技术。传统的核材料检测技术均基于放射性源,并且对于屏蔽较好的核材料检测比较困难。宇宙线μ子是天然的高能带电粒子,具有极强的穿透性,可以轻易穿透很厚的防护层。利用这种天然有着的粒子通过待测物体后的散射角分布与该物质原子序数相关的原理,结合断层成像的算法,可以探测物体内部甚至屏蔽层内部的高Z物质的分布状态等信息,以而实现对集装箱中核材料的无损检测。由于宇宙线μ子成像技术在监测核材料的非法运输方面具有极大优势,由此国内外多家探讨机构都进行了相关技术的探讨。西北核技术探讨所提出了搭建基于漂移室的宇宙线μ子成像系统,整个系统包括漂移室探测器及前置放大器、读出电子学、数据获取及图像重建三个部分。成像系统期望达到50μm的位置分辨,并且实现毫米甚至亚毫米尺寸像素点的成像结果。初期计划完成的成像系统原型样机系统,包括8块漂移室探测器共208根信号丝。根据成像系统的设计目标,对电子学系统提出了以下技术指标要求：1、时间测量精度100ps,测量动态范围0～500ns。2、电荷测量精度15fC,测量动态范围15fC～1800fC。由此可知,多通道信号的读出、高精度时间和电荷的测量是电子学系统设计的难点所在。经过对漂移室探测器信号特点及成像系统对读出电子学指标要求的探讨,设计的读出插件采取如下技术路线：整个插件分为时间测量和电荷测量两部分；时间测量部分对输入模拟信号进行定时,并选用专用时间测量器件TDC(Time-to-Digital Converter)实现高精度的时间测量；电荷测量部分采取信号成形后ADC (Analog-to-Digital Converter)精确采样的测量方式,然后利用数值积分法计算电荷量；测得数据在FPGA (Field-Programmable Gate Array)内处理后通过CPLD (Complex Programmable Logic Device)经由VME (Versa Module Eurocard)接口送至上位机做进一步浅析处理;数据处理和功能制约由FPGA完成。论文中将详细介绍成像系统读出电子学原型样机,包括采取的技术路线、实现方式及各部分的设计细节,并介绍了预研阶段设计的时间测量评估板的详细情况。本论文针对基于漂移室探测器的宇宙线高Z物质成像系统,设计研制了读出电子学原型样机。宇宙线无损无源探测系统是国际上的热门课题,国内基于漂移室探测系统的相关探讨尚未见报道。论文在成像系统读出电子学的研制中,做出了以下革新性工作：1、利用专用时间测量芯片TDC-GP2实现低成本高精度的时间测量,电子学系统精度好于100ps。2、利用大规模可编程逻辑器件内嵌DSP核实现数值积分法的实时电荷计算,利用软核实现高速数据接收。3、设计制作了时间测量评估板,为原型样机时间测量案例的选择提供了依据。目前,摘要5-7
Abstract7-9
目录9-13
图目录13-17
表目录17-18
第一章 引言18-32
1.1 高Z物质宇宙线成像的背景和作用18-19
1.2 高Z物质成像的策略19-24
1.2.1 高Z物质介绍19-20
1.2.2 放射性检测法20-21
1.2.3 X射线辐射成像法21-22
1.2.4 质子辐射成像法22
1.2.5 中子辐射成像法22-23
1.2.6 宇宙线μ子成像法23-24
1.3 高Z物质宇宙线μ子成像技术的探讨历程及探讨近况24-28
1.3.1 宇宙线μ子成像技术的探讨历程24-26
1.3.2 高Z物质宇宙线μ子成像技术的探讨近况26-28
1.4 论文的主要工作及特点28-29
1.5 论文的内容组织29-30
文献39-40第三章 基于漂移室的成像系统介绍40-46
3.1 整体结构40-41
3.2 漂移室及前置放大器41-42
3.3 读出电子学42-43
3.3.1 设计指标要求42
3.3.2 案例设计42-43
3.4 数据获取及图像重建43
3.5 小结43-45
-956.5.1.1 极零相消电路91-93
6.5.1.2 成形电路结构93-95
6.5.2 ADC95-97
6.5.3 全差分运放97-99
6.6 外触发及时钟接收99-100
6.7 FPGA100-107
6.7.1 TDC接口100-101
6.7.2 ADC接口101-103
6.7.3 数值积分103-104
6.7.4 DAC接口104
6.7.5 制约模块104-105
6.7.6 FPGA配置105-107
6.8 VME接口逻辑107-113
6.8.1 VME总线译码及响应模块108
6.8.2 CR/CSR模块108-109
6.8.3 命令解释模块109
6.8.4 中断请求模块109-111
6.8.5 CBLT制约模块设计111
6.8.6 FPGA配置模块111-113
6.9 电源设计113-114
6.10 PCB设计114-116
6.11 小结116-117
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