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基于 LabVIEW 的 X 射线探测系统及其在激光康普顿散射实验中的应用

第十五届核电子学与探测技术学术年会 报 告. 基于 LabVIEW 的 X 射线探测系统及其在激光康普顿散射实验中的应用. 罗 文 & 阎喆 & SLEGS group 中国科学院上海应用物理研究所 2010 年 7 月 17 日. OUTLINE. 第一部分 : SLEGS及其 样机实验 第二部分 : X射线探测 系统： 用于测量 SLEGS样机实验产生的X射线及其能谱 系统硬件介绍 ( 包括 Si (Li) 探测器 , 电子学和 DAQ) X-ray探测 系统的性能测试 小结 第三部分： X射线信号提取及样机实验 结果 本底扣除以及X射线信号提取

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基于 LabVIEW 的 X 射线探测系统及其在激光康普顿散射实验中的应用

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  1. 第十五届核电子学与探测技术学术年会 报 告 基于LabVIEW的X射线探测系统及其在激光康普顿散射实验中的应用 罗 文 & 阎喆 & SLEGS group 中国科学院上海应用物理研究所 2010年7月17日

  2. OUTLINE 第一部分: SLEGS及其样机实验 第二部分: X射线探测系统：用于测量SLEGS样机实验产生的X射线及其能谱 • 系统硬件介绍 (包括Si (Li)探测器,电子学和DAQ) • X-ray探测系统的性能测试 • 小结 第三部分：X射线信号提取及样机实验结果 • 本底扣除以及X射线信号提取 • SLEGS样机实验结果 • 小结 第三部分：下一步工作开展：搭建并发展一套VME电子学及数据获取系统，用于SLEGS的实验及测量

  3. Laser Compton scattering b : Electron velocity /c qL: Incident angle of laser photon q : Scattered angle of photon Scattered electrons Head-on collision (qL=0) Incident Photons El q Incident electrons Ee Scattered photons Eg ex. Ee=3.5GeV, l=10.6mm Eg～22MeV 激光康普顿散射：Laser Compton Scattering (LCS) 1922年，康普顿效应 获诺贝尔奖（ 1927） Bang!

  4. a 160MeV Linac at SDUV-FEL Injector + linac have been finished Photo injector 160MeV Linac FEL Radiator

  5. SLEGS样机实验中激光器和电子加速器的运行模式SLEGS样机实验中激光器和电子加速器的运行模式

  6. 实验亮点 难点 • 采用大角度斜入射模式，摸索通过改变及可调节激光入射角来调制散射光子的峰能量； • 通过激光有无时的能谱相减来提取X射线信号及能谱，上述类似方法也通常用于自旋物理中不守称的精确测量； • 激光康普顿散射实验产生的X射线能谱在国内首次观测。 • ns-ns时间同步 • 位置重合 • 低噪比低 • 在低噪比低的情况下测量并最终提取X射线及其能谱

  7. 第二部分：Si (Li)探测器,电子学和数据获取系统 • ORTEC电子学 • Si (Li) 探测器，由所仪器中心自行研制

  8. 图5.3 垂直方向直线拟合 附图 5.2 探测器小车实物图 附图 5.1 探测器小车结构图 图5.2 水平方向直线拟合 探测器和可远程遥控的小车 可在水平和垂直方向以0.1mm的精度调节探测器的位置，并协助Si(Li)探测器完成对LCS X射线发散角的测量。

  9. Rates; Counts; Passed time; Single or multiplier measure LabVIEW 数据获取系统 Time or Event Time gap • 数据采集卡PCI 6132 • 采集卡面板BNC 2110

  10. 　能量刻度 刻度结果表明该系统具有较好的能量分辨率 (与同类ORTEC Si(Li)探测器比较，分辨率略差11.5%。)。

  11. DAQ效率测量 时间刻度　　　　　

  12. 系统稳定性及系统漂移 • 测量时间~7天，整个系统漂移为 2eV。系统的稳定性好于 0.3‰. • Fig. 1 the 5.9 keV X-rays of 55Fe as a function of measurement sequence. • Fig. 2 the 6.49 keV X-rays of 55Fe as a function of measurement sequence.

  13. 探测器，电子学和数据获取系统的测试 08年，我所辐射安全中心为检测所嘉定园区的放射性水平，尤其是监测是否含有放射性元素125I。抽样并检测泥土和水样品的放射性活度。 测量结果显示，没有明显的证据表明放射性元素125I等的存在。

  14. 探测器系统具有图形化显示，较好分辨率、良好稳定性、低花费及性价比高的特点。探测器系统具有图形化显示，较好分辨率、良好稳定性、低花费及性价比高的特点。 此系统 已成功用于两期康普顿散射实验，至今仍在使用！ 小结

  15. LCS本底扣除并提取LCS X射线 W. Luo, W. Xu , Q. Y. Pan et al., NIM A ( be accepted) 第一步：设置一ADC门：40µs，排除除轫致辐射外的绝大部分本底!

  16. 第二步： 利用时间CUT/门(宽度为~300ns)扣除部分轫致辐射。信噪比提高~2倍 ! 时间路设置阈值：~150mV

  17. 第三步：在激光有无时分别记录事件，并通过两者累积的能谱相减，最终提取产生的LCS X射线信号

  18. 一期实验结果 Signal-to-Noise Ratio=1/406 *Normally 100 MeV Linac operates with e-beam charge of 1.0 nC/pulse and repetition of 20 Hz. The measured value is 0.012±0.005 s-1 in first term of LCS experiment at SINAP. W. Luo et al., Rev. of Sci. Instrum, 81, 013304 (2010)

  19. 二期实验结果 考虑1ns的晃动,粉红色的阴影 部分为理论估计值范围 W. Luo et al., Applied Physics B (in print)

  20. 小结 • 在上海应用物理研究所嘉定园区利用100MeV直线加速器和10MW, 21ns及200MeV, 8ns的Nd:YAG激光器分别开展两期激光康普顿散射的实验研究．两期实验都成功实现了ns-ns级的激光和相对论电子碰撞，并观察到30keV左右的Ｘ射线及能谱．能谱测量在国内尚属首次。

  21. 下一步工作方向：搭建并发展一套VME电子学及数据获取系统，用于SLEGS的实验及测量下一步工作方向：搭建并发展一套VME电子学及数据获取系统，用于SLEGS的实验及测量 • 束流诊断和物理实验所需探测器 • （1）束流流强探测器：记录束流的流强，起始时间信息等 • （2）束流剖面探测器：测量束流的束斑大小，强度分布等 • （3）实验探测器：靶室内设置的Si微条探测器阵列测量带电粒子，靶室外的NaI，CsI和HpGe探测器测量反应中出射的伽玛射线，以及塑料闪烁体探测器构成的条形中子探测器 • VME电子学 • 基于C/C++的数据获取系统

  22. 高能γ探测器的初步调研 图3.7 实验探测器布局 表1 各种闪烁晶体的主要参数 表2 部分光电倍增管（按倍增极的排列和工作方式不同划分）的基本参数

  23. 8Ch • 40-250Mhz per ch • (32MS/ch memory) VME electronics for LEGS (罗文,潘强岩) ADC: SIS3320 DAQ+PC based on Linux/XP operation system Pre-amp. 1) 32Ch; 2) 250MHz scaler ADC: SIS3320 Scintillator detector array CFD Scaler: SIS3820 CFD Spec. Amp N568B Pre-amp. Trigger Interface: SIS1100-eCMC+SIS3104 (160MByte/s) • 16Ch • Sharping time: • 0.2us or 1us ADC: V785N • 16Ch • Conversion time: • 2.8us /16 ch TDC: V1290A CFD Delay Signal CFD Delay • 32 Channel Multi-hit, • Readout rate: 33 Mb Note:32Channel electronics，two SIS3320 andone V785Nare used.

  24. Evaluation 2009 Connecter: SIS1100 Connector: SIS3104 LC-LC50/125 um Fibre 5m VME机箱6023x632 ADC: Two SIS3320 ADC： SIS3320 Scaler: SIS3820

  25. 致 谢 Thank you for your attention !

  26. “上海激光电子伽玛源（SLEGS）的建设及其应用”专题讨论会“上海激光电子伽玛源（SLEGS）的建设及其应用”专题讨论会 2010年8月30日，上海召开 SLEGS初步设计指标： 能量为sub-MeV至百MeV连续可调； 通量为~105 (photon/s-1) ； 高极化度； 准单色和良好方向性； ps脉冲的时间结构；等等

  27. 专题讨论的主要内容 本次讨论会的上海激光电子伽玛源（SLEGS）束线站的建设和利用射线源可开展的物理及相关应用。具体包括以下几个方面： • 上海激光电子伽玛源（SLEGS）束线站的建设； • 射线束在核结构研究中的应用； • 射线束在天体核物理中的应用； • 射线束在高能物理或粒子物理中的应用； • 射线束在应用基础研究方面的应用； • 激光康普顿散射（LCS）在电子加速器束流的诊断； • 射线束在生命科学，核医学，材料和能源等领域的应用研究； • 与束有关的其他领域如超快物理等研究；

  28. SLEGS 的相关应用前景调研 SLEGS 在工业、医学、国防等领域的应用 SLEGS 在基础研究领域的应用 欢迎各位参加!

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