Введение к работе
Актуальность темы. Институт ядерной физики ведет исследования в области физики высоких энергий, физики плазмы, а также занимается разработкой и изготовлением ускорителей для технологических целей.
Исследования в области физики высоких энергий являются одним из основных направлений в работе института ядерной физики.
Установки, предназначенные для этих целей, — электрон-позитронные накопители ВЭПП-2М, ВЭПП-4М представляют сложные комплексы, состоящие из множества подсистем — источников элементарных частиц, электронно-оптических каналов, аппаратуры управления и систем регистрации элементарных частиц.
Современные системы регистрации, предназначенные для проведения экспериментов на этих накопителях, включают в себя многочисленные системы детектирования элементарных частиц и комплекс электронных аппаратных средств — систему сбора данных, позволяющих отбирать, анализировать и накапливать информацию.
В течение последних 8 лет в Институте велась интенсивная работа по созданию 3-х детекторов: Криогенного Магнитного Детектора (КМД-2) и Сферического Нейтрального Детектора (СНД) для комплекса ВЭПП-2М и Универсального магнитного детектора "КЕДР" для ВЭПП-4М.
Перечисленные детекторы представляют собой сложные сооружения, включающие в себя системы детектирования частиц (дрейфовые камеры, сцннтнлляционные счетчики, мюонные камеры н т.д.), комплекс аппаратных средств (система сбора данных), а также вспомогательные системы контроля и управления.
Так как системы сбора данных современных больших детекторов представляют сложные электронные системы с большим количеством (многие тысячи и десятки тысяч) каналов измерения, эти системы строятся по модульному принципу, т.е. несколько каналов обработки информации размещаются в каком-либо конструктиве модульных стандартов
(NIM, KAMAK, VME, FASTBUS, VXI и т.д.). В зависимости от конкретных условий и целен эксперимента используется тот или иной стандарт или несколько. В системах сбора данных детекторов КМД-2, СНД и КЕДР используется два стандарта — КАМАК и КЛЮКВА. Стандарт КАМАК является широкоизвестным конструктивом п используется уже много лет во всех ускорительных центрах мира.
Внутренний стандарт КЛЮКВА, включающий в себя специальный конструктив (крейт) со 100-наносекундной магистралью и протоколом обмена, ориентированый на быстрое селективное считывание информации, был разработан в ИЯФ СО РАН с целью унифицировать аппаратуру оцифровки и сбора данных упомянутых выше детекторов. Основными особеностями стандарта КЛЮКВА являются буферизация потока данных на уровне отдельных крейтов, синхронизация работы многокрей-товых систем от центральной системы управления и использование единой тактовой частоты 250 МГц для основных каналов преобразования ВРЕМЯ-ЦИФРА. Стандарт ориентирован на размещение основной аппаратуры обработки сигналов с детекторов. Стандарт КАМАК используется, в основном, для решения вспомогательных задач.
В задачу автора входила разработка в рамках этой системы комплекса аппаратных средств для измерения временных интервалов суб-наносекундного н наносекундного диапазонов в системах сбора данных детекторов КМД-2, СНД И КЕДР.
Целью настоящей работы является:
анализ необходимых требований к аппаратным средствам измерения времени в общей системе данных КЛЮКВА;
разработка электронного тракта для измерения координаты в мю-онных системах детекторов КМД-2, СНД и КЕДР;
разработка аппаратуры измерения времени в системах сцинтнлля-цнонных счетчиков детекторов СНД и КЕДР;
разработка комплекса аппаратуры для координатных измерений в детекторах КМД-2 и СНД;
разработка аппаратуры для определения координат частиц в системе регистрации рассеяных электронов;
разработка аппаратуры для цилиндрического калориметра КМД-2;
внедрение результатов работы в системах сбора данных детекторов КМД-2, СИЛ и КЕДР;
создание рабочих мест по настройке электроники и написание тестового программного обеспечения.
Научная новизна.
-
На основе анализа требуемых параметров н условий работы систем регистрации, создаваемых в ГНЦ "ИЯФ СО РАН" детекторов, определены требования к аппаратуре измерения времени в системах сбора данных детекторов КМД-2, СНД И КЕДР.
-
Разработана электроника, позволяющая измерять продольную координату в дрейфовой камере с точностью 0,3 сигнальной проволочки и время дрейфа с точностью 2 не.
-
На основе метода прямого счета создан 16 канальный ВЦП с ценой канала 2 не.
-
Решена задача создания электронного тракта измерения продольной координаты в стрнмерных трубках с ценой канала 3,7 мм/канал.
-
Создана аппаратура измерения времени для уникальной системы регистрации рассеянных электронов детектора КЕДР.
-
Разработана аппаратура измерения времени, позволяющая определять момент пролета фотона через ецпнтнлляцнонный счетчик с разрешением 30 пс.
-
Разработаны инструментальные средства для отладки быстродействующих цифровых и аналоговых блоков.
Реализация результатов работы, практическая ценность.
-
В ходе выполнения работы были сформулированы основные требования к аппаратуре измерения времени в системах сбора данных детекторов КМД-2, СНД и КЕДР.
-
Разработан электронный тракт для измерения координаты в мю-онных системах детекторов КМД-2, СНД и КЕДР.
-
Разработана аппаратура измерения времени для ецннтнлляцнон-ных счетчиков детекторов СНД и КЕДР.
-
Разработан комплекс аппаратуры для координатных измерений в детекторах КМД-2 и СНД.
-
Разработана аппаратура для определения координат частиц в системе регистрации рассеянных электронов.
-
Разработана аппаратура для цилиндрического калориметра КМД-2.
Автор выносит на защиту следующие результаты работы:
-
При непосредственном участии автора были определены основные требования к аппаратуре измерения времени в системах сбора данных детекторов КМД-2, СНД и КЕДР.
-
Разработан электронный тракт для измерения координаты в мю-онных системах детекторов КМД-2, СНД н КЕДР.
-
Разработана аппаратура измерения времени для сцннтилляцнон-ных счетчиков детекторов СНД и КЕДР.
-
Разработан комплекс аппаратуры для координатных измерений в детекторах КМД-2 и СНД.
-
Разработана аппаратура для измерения координат частиц в системе регистрации рассеянных электронов.
-
Разработана аппаратура для цилиндрического калориметра КМД-2.
Апробация работы, публикации. Работы, положенные в основу диссертации, докладывались и обсуждались на институтских семинарах, на 5-й международной конференции по методам детектирования в экспериментах на встречных пучках (Новосибирск, 1990), а также публиковались в журнале "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research".
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 82 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Текст содержит 25 рисунков, в списке цитируемой литературы — 27 наименований.
