【摘要】：繼大亞灣中微子實驗成功測量中微子混合角θ_(13)后,江門中微子實驗(Jiangmen Underground Neutrino Observation,JUNO)作為中微子實驗的八大方案之一也被提上了日程,它將用于研究下一個中微子的熱點和重點問題——中微子質(zhì)量順序。JUNO電子學(xué)系統(tǒng)中,需要一種合適的電纜連接水下的電子學(xué)盒子和水上的后端電子學(xué)部分。為了驗證幾種不同防水結(jié)構(gòu)的超五類電纜的電氣性能好壞,本文設(shè)計了用于江門中微子實驗的超五類電纜測試系統(tǒng)。首先研究了在常壓、變化水壓和恒定水壓等不同實驗環(huán)境中,幾種不同類型的電纜的時鐘抖動(Jitter)、阻抗連續(xù)性、近端串擾(NEXT)、誤碼率、傳輸帶寬等電氣性能的表現(xiàn)。經(jīng)過分析選出一種類型的電纜作為該電子學(xué)部分的連接電纜設(shè)計選型的參考,同時基于日后對該部分使用的電纜在安裝后,需要測試和判別電纜的傳輸性能是否受到損壞,防止JUNO實驗使用到不合格電纜。在本研究中設(shè)計了用于江門中微子的超五類電纜測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)的研究包括硬件的設(shè)計和制作以及軟件部分的上位機程序的功能實現(xiàn)等,完成可對電纜進行125MHz時鐘傳輸,時鐘抖動、誤碼和網(wǎng)絡(luò)性能等電氣性能的測試功能。整個研究工作完成了硬件上電纜測試板的原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計和元器件焊接,以及ISE和Iperf上位機程序的編寫。整個測試系統(tǒng)也包括使用的帶有FPGA子板的可編程的性能,通過FMC連接到該電纜測試板上,信號通信由JTAG(Joint Test Action Group;聯(lián)合測試工作組)向電纜測試板加載Verilog上位機程序?qū)崿F(xiàn),可通過LabVIEW監(jiān)測由測試板CDR(時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù))所存恢復(fù)的某通道電纜測試結(jié)果,也可通過示波器和ChipScope監(jiān)測傳輸信號。經(jīng)測試該電纜測試系統(tǒng)具備對電纜125MHz時鐘信號傳輸、串擾、誤碼和網(wǎng)絡(luò)性能等測試功能。
【圖文】：

圖 1.1 中微子震蕩示意圖世界的物理研究一直致力于揭開中微子的模糊面紗，因為對它的研究不僅會補界基本規(guī)律，突破現(xiàn)有粒子物理標準模型的理論體系，進入新物理的研究應(yīng)利用中微子的眾多特殊性質(zhì)，深度發(fā)掘中微子的實用性，進行開發(fā)應(yīng)用。比可以幾乎不受阻擋地直線穿過物質(zhì)，我們可以利用中微子實現(xiàn)通訊，這種通訊水和地層的阻擋，不會被干擾、攔截和破解，可通過捕獲中微子探測器發(fā)出的號，來監(jiān)測世界范圍內(nèi)核武器的制造情況等所有動態(tài)。對中微子的有關(guān)研究取進展，有望為人類事業(yè)發(fā)展做出更多的貢獻，推動人類文明的進步。我國大亞實驗測試出的θ13的值比假定的要大，，這就加大了短時間內(nèi)可以測得 CP 相位角子質(zhì)量的順序的可能性。因此全世界各國相關(guān)組織機構(gòu)開始爭相制定對中微子的項目計劃，同時將 CP 相位角一起進行測量。質(zhì)量順序是測量 CP 相位角的，也是中微子的內(nèi)稟屬性之一，它決定了中微子的味結(jié)構(gòu)，是所有粒子物理模面對的問題。大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗是我國首次對中微子進行了研究，在持不懈的工作里，使我國從無到進入世界前列。江門中微子實驗作為大亞灣的

年度十大科學(xué)突破之一[14]。為了確定在我國大亞灣測得的θ13的質(zhì)量順序和精確混合參數(shù)，江門中微子實驗成為大亞灣二期實驗開始建設(shè)。江門中微子實驗同時也可以開展超新星中微子、太陽中微子、地球中微子、大氣中微子等多項國際領(lǐng)先水平的研究[15]。江門中微子實驗對中微子的質(zhì)量順序進行測量，可以精確測量中微子 6 個振蕩參數(shù)中的 4個，并達到好于 1%的國際最好水平，使得檢驗中微子混合矩陣的幺正性、發(fā)現(xiàn)新物理成為可能。該試驗項目也對超新星中微子、地球中微子、大氣中微子、太陽中微子、惰性中微子等進行研究，不僅可以對理解微觀的粒子物理規(guī)律做出重大貢獻，也將對宇宙學(xué)、天體物理，乃至地球物理做出重大貢獻[16]。如圖 1.2 所示，江門中微子實驗選址于廣東江門市，該實驗建造了一個有效質(zhì)量 2萬噸的液體閃爍體探測器，實驗建造在距陽江和臺山反應(yīng)堆群約 53 公里的地下 700 米處，保證探測器放置環(huán)境中的宇宙射線較少，同時來自反應(yīng)堆的中微子在此處振蕩效應(yīng)也最明顯，其能量分辨率可以達到前所未有的 3%。該實驗本身無廢氣、 廢液等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，不傷害周圍環(huán)境[17]。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM24;O572.321

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本文編號：2693180