重子数实验的数据获取系统

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1、第30卷第8期核电子学与探测技术Vo1．30No．82010年8月NuclearElectronics&DetectionTechnologyAug．2010重子数实验的数据获取系统王瑞光，戴长江，汪锦州，杨虎之，马欣华(中国科学院高能物理研究所，北京100049)摘要：概述了重子数实验的实验装置，其中包括探测器装置和数据获取系统。简述了探测器的组成、功能和性能；着重叙述了数据获取系统之构成、功能及所解决的问题。触发判选与数据获取系统较大地抑制了噪声，提高了信噪比和测量精度。该数据获取系统有一定的通用性，其设计方案不仅用于重子数实验，也适用于其他实验如双8实验中所需的符合测量

2、等。关键词：重子数实验；探测器；数据获取；触发判选中圈分类号：0572．34文献标识码：A文章编号：0258-0934(2010)08-1022-04在标准模型中重子数是绝对守恒的。而大实验技术取得长足的进展，采用地下小型实验统一理论则预言在原子核中的核子将衰变，重装置研究核中核子衰变的实验又掀起了新的高子数守恒将被破坏。重子数破坏对解释当今宇潮，典型的如DAMAcollaboration、Borxinotest宙物质存在的现状有着非常重要的作用，因而facility_6等，这些实验是通过探测子核的衰变颇被人们所关注。国际上已有不少实验组作了来观测母核中的核子衰变，即主要观测

3、核中核核中核子衰变的实验研究⋯，如地下大型实验子衰变到不可见的通道。由于探测的是子核衰有IMB，Kamiokande，Fr~uscollaboration引，变时放出的射线，探测效率高，所以，以小型的Super．kamiokande等，主要观测核中核子衰变实验装置同样也可获取好的结果，如DAMA／为中微子的通道，典型的如Fr~us，其以整个地LXe，其采用6．5kg的液态氙闪烁探测器探球的原子核为核源，采用了700t含铁探测器观测Xe核的核子衰变，给出核中核子的衰变寿测核中单中子和双中子衰变为中微子的稀有事命]限，r：下(P—invisible)>1．9×10yr，下(pp件

4、，给出核中核子的衰变寿命下限，r：对于单中—invisible)>5．5×10∞yr，丁(nn—invisible)>子衰变，，r(n．1，1，一v)>1．2×10yr，对于双中子1．2×10yr。上述的两种核子衰变模式的研究衰，T(nn—1，一)>6．0×10yr。又女Ⅱkamio．都具有重要的科学意义。cande4采用了2千多吨水切伦柯夫探测器观鉴于核子的衰变寿命很长，其下限至少大测0核中中子衰变为三中微子的稀有事件，于1O∞yr【，所以为了提高测量精度，对于观测给出核中中子的衰变寿命下限丁(n—v1，一1，)>核中核子衰变为中微子通道的模式，必须使用2．3×10如yr。

5、另外，十多年来，由于地下低本底大规模探测器或超大规模探测器来研究重子数是否守恒的问题，所需要的经费是非常庞大的。收稿日期：2010而观测核中核子衰变到不可见通道的模式，虽基金项目：国家自然科学基金资助(10775144)。可采用地下较小型实验装置，较经济，也可获得作者简介：王瑞光(1962一)，男，内蒙人，中国科学院较好的结果，但其研究方法有待于改进，本重子高能物理研究所副研究员，博士学位，粒子物理和宇数实验的重要改进在于：采用子核如”cs伴随宙学。电子衰变放出的电子和光子作符合测量法来观1022测。Cs核的核子衰变，将显著地抑制本底，结合主动、被动屏蔽措施将极大地降低本底从

6、而进一步提高测量精度和显著性，以期获取此核子衰变模式的新结果。本文主要概述了本重子数实验所用的数据获取系统之构成、功能及所解决的问题。1重子数实验的数据获取系统本重子数实验装置包括探测器系统和数据采集系统两部分，探测器系统作为实验系统信号的采集部分，而数据采集系统对所采集的信号进行判选、变换与传输，有关这两部分将分别介绍。1．1探测器系统如上述，本实验是以靶核及其特有的符合信息来进行核中核子衰变到不可见通道的实验研究，探测器装置如图1所示，它由主探测器CsI(T1)和两个符合探测器NaI(，n)构成，采用CsI(1"1)晶体作主探测器具有如下特点：图1探测器装置(1)选用的”

7、Cs自然丰度为100％，有利的脉冲信号由前置放大器A放大后，经线性或于提高探测灵敏度。f-jFIFO再由放大器TFA1整形放大，尔后由甄(2)选用的CsI晶体既作为主探测器又别器Disl甄别，再输出到与f-jAND1的一输人以。Cs核作为核子衰变源，这样就可以减少核端；符合探测器NaI(T1)晶体1、2的信号NaI一子衰变源的制作成本，又可以使实验易实现。1、NaI(3)用子核培Cs伴随电子衰变放出的电子_2分别经线性或f-jFIFO再分别由放大器，I'FA2、TFA3整形放大，尔后分别由甄别器和光子作