【摘要】：中子以其不帶電、穿透能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)在探測(cè)和了解微觀世界中起到重要作用。近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)外中子技術(shù)應(yīng)用范圍的加深加廣,中子探測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置——中子粉末衍射譜儀成為世界各國(guó)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。在中子粉末衍射譜儀系統(tǒng)中,為了獲得物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)信息和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),采用3He管作為二維位置靈敏探測(cè)器進(jìn)行中子探測(cè)來(lái)記錄散射出來(lái)的中子的位置及飛行時(shí)間,而3He管的后續(xù)讀出電子學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行處理、保存和傳送攜帶時(shí)間與位置信息的電信號(hào)。本文以項(xiàng)目“通用粉末衍射譜儀1英寸3He管讀出電子學(xué)設(shè)備研制”為背景,利用可編程片上系統(tǒng)SOPC技術(shù)和光纖通信技術(shù),設(shè)計(jì)了一種了基于SOPC的中子粉末衍射譜儀3He管讀出電子學(xué)系統(tǒng)。在研究和剖析了國(guó)內(nèi)外中子粉末衍射譜儀在電子學(xué)設(shè)備讀取應(yīng)用的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了讀出電子學(xué)系統(tǒng),它的工作流程是:先經(jīng)過(guò)前置放大器放大后,再經(jīng)過(guò)濾波、成形、數(shù)字化等一系列處理,然后通過(guò)FPGA處理可以獲得所需要的電荷及時(shí)間信息,并將獲得的攜帶時(shí)間與位置信息的數(shù)據(jù)送到后續(xù)在線系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步具體的計(jì)算和解析,進(jìn)而用戶可由采集到得散射出來(lái)的中子的飛行時(shí)間和入射位置而得到被測(cè)物質(zhì)的信息。其中系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)時(shí)使用高性能的FPGA,大大提高的數(shù)據(jù)的處理速度;而在傳輸獲取的數(shù)據(jù)上采用光纖傳輸,利用光纖線路抗干擾、傳輸損耗低優(yōu)點(diǎn)提高了系統(tǒng)讀取信息的準(zhǔn)確度和傳輸速度。本文主要內(nèi)容是3He管讀出電子學(xué)讀出系統(tǒng)的各部分電路的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、研制和測(cè)試。首先設(shè)計(jì)了以FPGA為核心的數(shù)據(jù)采集模塊、光模塊等的硬件實(shí)現(xiàn)電路;其次在自頂向下的思想的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)了AD數(shù)據(jù)采集控制器IP核并搭建的電子學(xué)讀出系統(tǒng)的SOPC系統(tǒng);最后下載到FPGA主板上通過(guò)邏輯分析儀上進(jìn)行了在線時(shí)序測(cè)試并在Nios II IDE編寫程序進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試。經(jīng)過(guò)運(yùn)行測(cè)試,該系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)需求,是一套集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。
【圖文】：

圖 1-1 中國(guó)散裂中子源系統(tǒng)示意圖中子衍射技術(shù)年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外中子技術(shù)應(yīng)用范圍的加深加廣，中子探測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置衍射譜儀成為世界各國(guó)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。中子以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)成為在觀世界時(shí)的寵兒。在研究物質(zhì)的微觀性質(zhì)時(shí)，中子散射技術(shù)中的分支—術(shù)與X射線衍射是十分重要的兩大研究工具[5]。中子散射的原理是：當(dāng)通直器的中子束照射樣品上時(shí)，與樣品的原子核發(fā)生碰撞而進(jìn)行散射，最連接的譜儀進(jìn)行收集，研究員使用譜儀分析可知道散射出來(lái)的中子的能化進(jìn)而計(jì)算獲得物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。在探索和研究一些具體的結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)僅可以同 X 射線衍射相互補(bǔ)充和配合使用，，而且中子衍射的探測(cè)效果比有利和更有效[6]；在中子衍射技術(shù)中，粉末衍射法具有全部晶體學(xué)和磁結(jié)

中子結(jié)構(gòu)分析的基本原理有：晶體結(jié)構(gòu)分析、磁結(jié)構(gòu)分析和小角散射。小角散射是指直射束附件的衍射，如圖1-2所示的微型脈沖強(qiáng)子源的小角譜儀設(shè)計(jì)示意圖[11]，其工作原理為：在質(zhì)子加速器中產(chǎn)生的高速、高能量的質(zhì)子去轟擊重金屬耙（如鎢耙），其原子核被質(zhì)子打碎后發(fā)生裂變而散射出通量短脈沖短的中子，在慢化器進(jìn)行減速后由過(guò)濾器選擇出單一波長(zhǎng)的中子，接著經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器打到待測(cè)樣品上后中子發(fā)生散射，散射出來(lái)中子由各個(gè)方向的譜儀進(jìn)行接收和探測(cè)。散射后中子的位置信息通過(guò)二維位置靈敏探測(cè)器3He
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL817

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2685078