宇宙线缪子散射成像模拟与算法研究

本文验证了基于Micromegas探测器的宇宙线缪子散射成像系统进行快速核材料检测的可行性，并对实验室宇宙线缪子成像系统原型进行参数估算。基于Geant4程序开发了用于模拟宇宙线缪子物理过程、传输径迹及Micromegas探测器响应的模拟程序。在模拟数据的基础上，实现并改进了两种主要的宇宙线缪子散射成像算法。根据模拟和成像结果，1 m×1 m成像系统可在10 min内检测到被重元素屏蔽的核材料。10 cm×10 cm成像系统的缪子事例触发率为0.16 s^-1，要获得较为清晰的成像结果，要求探测器位置分辨率达到300 μm，探测器增益为1 000时实际测量事例至少需要20 h。     

基于Qt框架的APV25数据采集系统研究

Qt框架是基于C++的跨平台可视化编程框架。本文采用APV25电子学前端卡、APVDS电子学数字化后端板和基于Qt框架的数据采集软件，开发了具有高通道数、高性能和高集成度的数据采集系统。该系统可跨平台使用并显示实时采样波形。数据采集系统最多可使用16块APV25前端卡、4个APVDS，通过千兆以太网经交换机与计算机连接。通过测试，该系统可在1 024通道下工作并实时显示采样波形，传输速率可达715 Mb/s，且测试中系统能以1.70 kHz的触发率在单次触发连续采样31个点模式下稳定工作。与原系统相比，显著提高了通道数量，简化了系统操作，提高了测量的效率与稳定性。采集系统未来可扩展通道数量为2 048，适用于大面积微结构气体探测器实验。     

应用于PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台的Bulk Micromegas性能研究

探测无中微子双贝塔衰变的PandaX-Ⅲ实验需要一个能同时对多个Micromegas探测器的增益、能量分辨、坏道分布、位置分辨等性能参数进行测试的平台，为此中国原子能科学研究院建立了PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台。本文采用由光蚀刻技术制作的Bulk Micromegas对该测试平台进行研究：利用⁵⁵Fe放射源在Ar+10%CO₂的流气情况下，使用基于AGET读出芯片制作的通用读出电子学进行数据采集；运用C++与ROOT软件库编写相应的后端数据分析软件，并对数据进行了分析。测试结果表明，PandaX-Ⅲ实验探测器测试平台各系统工作状态良好，应用于测试平台的Bulk Micromegas探测器具有良好的信噪比，X射线成像效果清晰，对5.9 keV X射线的能量分辨率为19.7%。     

微结构气体探测器多通道高速读出系统研制

本文设计并实测了用于多通道微结构气体探测器信号读出的512通道电子学系统。该系统以Spartan-6 FPGA作为控制和数据处理核心，使用4通道ADC芯片对4片APV25芯片的输出信号进行同步模数转换，经千兆以太网发送命令和传输数据，计算机端则以双线程分别接收和发送数据。实测输入电容低于200 pF时，系统噪声低于2000e，有效电荷输入范围为±20 fC，12 fC以下时线性良好。经长时间测试，系统稳定可靠，千兆网数据传输速率可达940 Mb/s。单片APV25工作时，连续触发率可达APV25上限285 kHz，4片时则为134 kHz。在实际应用于GEM探测器α射线成像实验中取得了较好的成像结果。     

10 cm×10 cm Bulk Micromegas探测器的研制

Bulk Micromegas探测器是一种新型微结构气体探测器。利用光蚀刻技术制作了有效面积为10 cm×10 cm的多通道Bulk Micromegas探测器。对探测器的各通道进行了电容测试，显示探测器具有较好的均匀性。在Ar+10%CO₂气体中，使用⁵⁵Fe放射源和自主研制的基于APV25前端卡的数字化电子学，对制作的有效面积为10 cm×10 cm的探测器进行了测试，其结果显示探测器性能良好，能得到清晰的二维事件分布图。该探测器目前全部工艺国产化，并能进行批量生产，成品率接近100%。