DarkSHINE 电磁量能器高速读出电子学系统设计
仪器与探测器
2024-07-31 v1 高能物理 - 实验
摘要
DarkSHINE 实验旨在通过测量固定靶反冲电子的能量损失来寻找暗光子。其电磁量能器主要负责精确重建反冲电子和轫致辐射光子的能量。电磁量能器的性能至关重要，因为其能量测量精度直接决定了寻找暗光子的灵敏度。DarkSHINE 电磁量能器使用 LYSO 晶体构成全吸收型电磁量能器。它利用 SiPM 探测晶体中的闪烁光，其读出电子学系统通过测量 SiPM 产生的光电信号数量来推算晶体中的沉积能量。DarkSHINE 电磁量能器目标工作事例率为 1-10 MHz，探测能量范围从 1 MeV 到 1 GeV。为满足高能量测量精度、高事例率和大动态范围的要求，我们研究并设计了一套基于双通道高速 ADC 和定制化 DAQ 的读出电子学系统。该系统前端放大部分采用低噪声跨阻放大器实现高精度波形放大。通过双增益读出方案，成功实现了高达千倍的动态范围。数字部分使用 1 GSPS 高速 ADC 实现无死时间、高精度的波形数字化。DAQ 部分使用 JESD204B 高速串行协议从 ADC 读出信号，并传输至 PC 软件进行处理和存储。测试结果显示信噪比大于 66 dBFS，有效位数大于 10.6 位。已使用 LYSO 晶体和 SiPM 进行了能谱测量，在 Th-232 的 2.6 MeV 伽马峰处实现了 5.96% 的能量分辨率。
引用
@article{arxiv.2407.20723,
title = {Design of High-speed readout electronics for the DarkSHINE electromagnetic calorimeter},
author = {Yihan Guo and Shu Li and Kun Liu and Yang Liu and Yongqi Tan and Jiannan Tang and Weihao Wu and Haijun Yang and Zhiyu Zhao and Wei Zhi and Zhizhen Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.20723},
year = {2024}
}