為了實現(xiàn)探索標準模型以外的新物理規(guī)律,LHC將在未來10年內(nèi),將能量提升至12-14TeV,亮度達到3-7×1034cm-2-2s-1。ATLAS探測器系統(tǒng)將同步升級,以保證在高能高亮度質(zhì)子對撞環(huán)境下有效采集數(shù)據(jù)�，F(xiàn)階段的數(shù)據(jù)分析表明,現(xiàn)有觸發(fā)系統(tǒng)無法分辨端蓋磁鐵產(chǎn)生的低能質(zhì)子和高橫動量μ子,誤觸發(fā)率約為90%。LHC的能量和亮度提升后,μ子尋跡室和觸發(fā)的性能均會大幅下降。為此,ATLAS μ子譜儀升級計劃研制New Small Wheel(NSW)精密尋跡和觸發(fā)系統(tǒng)。NSW將在15kHz/cm2的輻射環(huán)境下重建μ子徑跡,以1 mrad的精度測量與無限動量徑跡的夾角△θ是否小于±7 mrad,來確認徑跡是否起源于交互點(IP),從而降低誤觸發(fā)率。NSW 采用 small-strip Thin Gap Chamber(sTGC)作為觸發(fā)探測器,它具有高于150μm的位置分辨率、抗輻照、高通道密度等特點,滿足NSW的快速精密尋跡需求。相應地,sTGC strip前端電子學系統(tǒng)(sFEB),需要在25ns的束團對撞周期下,實時采集和測量NSW上282240個sTGC strip的fC量級電荷...

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 ATLASμ子譜儀端蓋觸發(fā)升級——New Small Wheel
        1.1.1 LHC及ATLAS探測器升級
        1.1.2 μ子譜儀端蓋觸發(fā)升級需求
        1.1.3 端蓋升級方案——New Small Wheel
    1.2 NSWμ子觸發(fā)探測器sTGC
    1.3 sTGC strip讀出前端電子學的研制背景
        1.3.1 sTGC strip前端讀出電子學的任務
        1.3.2 前端電子學的研制所面臨的挑戰(zhàn)
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 sTGC strip讀出電子學系統(tǒng)需求分析
    2.1 sTGC strip讀出電子學系統(tǒng)需求
        2.1.0 NSW sTGC電子學系統(tǒng)綜述
        2.1.1 NSW sTGC通道讀出需求
        2.1.2 strip電荷讀出需求
        2.1.3 觸發(fā)系統(tǒng)需求
        2.1.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需求
        2.1.5 控制和監(jiān)測系統(tǒng)需求
        2.1.6 NSW服務系統(tǒng)和運行環(huán)境需求
        2.1.7 技術指標總結
    2.2 讀出電子學設計方案
        2.2.1 總體設計方案與技術路線
        2.2.2 抗輻照專用ASIC研制
        2.2.3 關鍵技術介紹
        2.2.4 系統(tǒng)驗證與測試方案
第3章 sTGC strip讀出電子學原型設計
    3.1 strip讀出電子學系統(tǒng)方案
    3.2 sFEB原型板設計
        3.2.1 器件依賴關系與總體布局
        3.2.2 板層設計和分割
        3.2.3 前端網(wǎng)絡設計
        3.2.4 電源設計
        3.2.5 時鐘網(wǎng)絡設計
        3.2.6 ASIC外圍設計
        3.2.7 FPGA驗證架構
    3.3 sFEB定型驗證板設計
        3.3.1 器件及布局優(yōu)化
        3.3.2 前端網(wǎng)絡改進
        3.3.3 電源改進
第4章 strip讀出電子學控制采集與測試平臺搭建
    4.1 FEB DAQ控制和采集平臺設計需求
    4.2 FEB DAQ控制采集板硬件設計
        4.2.1 總體結構
        4.2.2 FPGA模塊
        4.2.3 通信模塊
        4.2.4 外部觸發(fā)模塊
        4.2.5 電源模塊
        4.2.6 PCB板圖
    4.3 FEB DAQ上位機軟件設計
        4.3.1 設計需求
        4.3.2 軟件架構與實現(xiàn)
        4.3.3 數(shù)據(jù)采集主界面
        4.3.4 配置界面
        4.3.5 系統(tǒng)監(jiān)測
    4.4 基于FEB DAQ的sFEB電子學測試
        4.4.1 測試需求和目標
        4.4.2 讀出電子學關鍵性能測試
        4.4.3 讀出電子學關鍵功能測試
第5章 sTGC strip讀出電子學集成與系統(tǒng)測試
    5.1 sTGC探測器集成測試
        5.1.1 山東大學sTGC QS2宇宙線測試
        5.1.2 威茲曼研究所sTGC QS2宇宙線測試
    5.2 CERN NSW系統(tǒng)測試
        5.2.1 Vertical Slice
        5.2.2 束流實驗
    5.3 測試結果總結和分析
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3833146