Система сбора и обработки данных для эксперимента по измерению угловых и энергетических распределений нейтронов деления относительно направления легкого осколка
Общая блок-схема системы сбора данных данного эксперимента представлена на Рис. …
Сигналы с каждого из 8 сегментов двух секционированных многопроволочных газовых детекторов подсоединены к индивидуальным выводам двух кабельных линий задержки. Задержка между индивидуальными выводами составляет ~7.5 нсек. Сигналы с каждого из концов линий задержки усиливаются 4-мя быстрыми предварительными усилителями (ПУ) с коэффициентом усиления ~ 50, собственным временем нарастания фронта ~ 2 нсек и входным и выходным сопротивлением 50 Ом. Таким образом, информация о номере сработавшего сегмента заключена в разнице времен прихода с сигналов с концов линий задержки. Быстрые временные сигналы (время нарастания фронта ~ 7-10 нсек) с 4 предусилителей, после дополнительного усиления (в ~10 раз ) с помощью быстрых усилителей формирователей (БУФ) подаются на 4 временных дискриминатора со следящим порогом (ФСП), которые осуществляют временную привязку по методу «constant fraction» (временная привязка компенсирующая разброс временной отметки из-за разницы амплитуд входных сигналов). Сигнал со стартового детектора осколков усиливается и обрабатывается аналогичным образом.
Таким образом от парных осколков деления имеем 5 сигналов временных отметок (стоп1,2,3,4,5) в виде быстрых сигналов в стандарте NIM (ток 16 мА на нагрузке 50 Ом).
Сигналы с анодов двух быстрых фото-электронных умножителей, положения которых относительно секционированных детекторов осколков показаны на рисунке стрелками 1 и 2, соответственно, имеют достаточную амплитуду для прямой подачи по согласованным кабелям на быстрые усилители-формирователи (БУФ), каждый из которых имеет два независимых выхода. Сигналы с одной пары выходов после дополнительного усиления и формирования через кабельные линии задержки (ЛЗ) подаются на входы преобразователей заряд-код (ПЗК) –сигналы Е1(2) и Е1(2)D. Сигналы со второй пары выходов с этих двух БУФ подаются на формирователи со следящим порогом (ФСП) для формирования сигналов временной привязки - стоп7 и стоп8 – в стандарте NIM. Эти сигналы после объединения (логическое ИЛИ) на логическом блоке ЛБ1 поступают в качестве «ворот» на регистр совпадений, а также в качества старта на модули преобразования времени в код (ПВК). На вход регистра совпадений подаётся сигнал «стоп1» от стартового детектора осколков. Регистр совпадений обеспечивает предварительный отбор событий, в которых сработал хотя бы один ФЭУ одновременно со стартовым детектором осколков. При наличии совпадения сигнала «ворот» с сигналом на входе (стоп1) поступает сигнал прерывания в компьютер, по которому начинается считывание информации со всех модулей. Ширина окна совпадений предварительного отбора выбирается слегка больше диапазона преобразования модулей ПВК (200 нсек).
ПВК преобразуют в 12 разрядный код времена сигналов поданные на стоповые входы измерянные относительно старта (сигналы стоп7 и стоп 8 от ФЭУ объединенные на логическом блоке ЛБ1). В качестве стоповых сигналов подаются сигналы от детекторов осколков (стоп1,2,3,4,5) и сами сигналы от ФЭУ по отдельности (стоп7 и стоп8). Таким образом, измеряются все относительные времена сигналов с дискретизацией 0,05 нсек
Сигналы с ФСП в каналах фотоумножителей используются также для генерации сигналов «ворот» на преобразователи заряд-код (ПЗК1 и ПЗК2 – ворота1 и ворота2, соответственно). Эти ПЗК интегрируют токи сигналов Е1(2) и Е1(2)D, поданных на входы за время действия сигнала «ворот» и преобразуют полученный заряд в 10 разрядный код. Длительность сигналов ворот на ПЗК 300 нсек, а относительное временное положение сигналов ворот и входных сигналов Е1(2) и Е1(2)D выбирается с помощью линий задержки (ЛЗ) таким образом, чтобы сигналы Е1(2)D
интегрировались полностью, а у сигналов Е1(2) интегрировалась только спад (медленная компонента сцинтилляции) (см. параграф о разделении нейтронов и гамма-квантов по форме импульса). Относительная задержка сигналов Е1(2) и Е1(2)D выбирается для этого ~30 нсек.
При поступлении прерывания компьютер выставляет сигнал «занято» через выходной регистр. Этот сигнал через логический блок ЛБ3 поступает в качестве вето для ЛБ1, и блокирует прохождение новых сигналов с ФЭУ пока не закончится обработка прерывания и все модули ПЗК и ВАК не будут прочитаны и готовы к приему новых сигналов. Длительность обработки прерывания (сигнала «занято») ~250 мкс. На время до входа в прерывание компьютера вырабатывается «затравочный» сигнал вето с помощью генератора ворот (ГГ) на ~ 100 мкс, который стартуется каждым сигналом с ЛБ1 (каждый сигнал с ФЭУ). Сигналы «занято» от компьютера и «затравочное» вето объединяются (логическое ИЛИ) на ЛБ3.
Следует отметить, что для каждого события на любом из ФЭУ запускаются все преобразователи (ПВК и ПЗК) и ГГ для «затравочного» вето, в то время как прерывание компьютера происходит лишь при совпадении события с ФЭУ и со стартового детектора осколков на регистре совпадений. Требуется очистить все модули и остановить «затравочное» вето, в случае если не было совпадения на Регистре Прерываний (не было прерывания в компьютере). Для этого опять-таки с выходной сигнал с ЛБ1 (от каждого события с ФЭУ) поступает через логический блок ЛБ2 в качестве сброса на все модули и стопа генератора «затравочного» вето. Т. е. если не было совпадения на регистре совпадений и, следовательно, не было прерывания в компьютере, то все модули, начавшие преобразование сбрасываются и через ~2-3 мкс система готова к приёму следующего события с ФЭУ. Если же было совпадение на регистре совпадений и, следовательно, прерывание в компьютере, то блок ЛБ3 блокирует прохождение сигнала сброса с помощью сигнала «совпадение» с регистра, все преобразования завершаются и компьютер считывает информацию с модулей.
Кроме того, для оперативного контроля за работой системы предусмотрены 8 каналов 24 разрядных счетчиков (Сч8х24), время экспозиции которых стробируется с помощью кварцевого таймера, запускаемого компьютером. После окончания интервала таймера (например, 10 сек), он также вызывает прерывание компьютера, который при этом читает и записывает все 8 счетчиков.
На схеме показаны источники высокого напряжения для детекторов (ИВН). Их параметры: ~2 кВ / 2 мА для ФЭУ и ~600В / 100мкА для газовых детекторов осколков. На схеме не показаны линии задержки логических сигналов для настройки временных соотношений для совпадений и попадания в диапазон ПВК.
Вся электроника выполнена в международном стандарте КАМАК, модули требующие управления и производящие цифровые данные подключены к магистрали КАМАК, к которой также подключен крейт-котроллер КАМАК для связи с компьютером.
Программный комплекс для управления экспериментом, накопления, предварительной обработки и визуализации данных работает на компьютере под управлением операционной системы LINUX с ядром реального времени (RealTimeLinux). Это позволяет совместить на одном компьютере возможности работы с аппаратными средствами в режиме реального времени (гарантированное время реакции на прерывание < 10 мкс) с широкими возможностями множества свободно распространяемых программ для обработки, визуализации и пр.
Программа
