大规模中子探测器的分布式触发与读出的关键技术研究

The new generation neutron instrument will use large-scale neutron detectors to complete the experiment efficiently and quickly. The large-scale neutron detector means the large number of detector units, the large area where the detectors installed and the complex and flexible experiment scheme. All this present new challenges to the centralized trigger and readout mode of the traditional neutron instrument. . This project focuses on the key technologies of distributed trigger and readout for the large scale neutron detectors. On the basis of high precision network time synchronization technology, the key technologies such as distributed network triggering, real-time information exchange, data backward screening and distributed readout are studied. Each detector unit is designed as an independent and intelligent unit, which can be triggered independently and independent data readout. . Through the research of this project, a set of design methods and technical scheme for the distributed trigger and readout system can be formed. These can meet the challenge of large-scale neutron detectors and the construction of a new generation of neutron instrument. All the results of this project can be directly applied to other large scientific facility and industrial fields.

新一代中子谱仪利用大规模中子探测器以高效快速完成实验。大规模中子探测器意味着庞大的探测器单元数量、大跨度的安装位置和复杂灵活的实验方案，对传统中子谱仪的集中式的触发和读出方式提出了新挑战。. 本课题针对大规模中子探测器中的触发和读出系统，开展分布式触发和读出关键技术的研究。在高精度网络时间同步技术的基础上，通过研究分布式网络触发、实时信息交换、数据回溯筛选和分布式读出等关键技术，将每一个探测器单元设计成独立的智能化单元，能够自主触发和独立数据读出。. 通过本课题的研究，可以形成一套能够应对大规模中子探测器挑战的分布式触发和读出系统的设计方法和技术实现手段，从而更好的应对新一代中子谱仪的建设。本课题的研究成果可以直接应用到其他大科学装置和工业领域中。

近年来国内外中子谱仪装置的快速发展，使得中子谱仪在规模和性能上都获得了很大的提升，许多新型的实验方法也纷纷引入。一些新的实验方法往往要求对不同区域的测量设备应用差异化的触发模式，以优化不同波长或散射角度区域的测量结果，同时也要求对设备的配置部署便利，能快速完成实时测量。传统的集中式触发设计依赖多级扇出路径，对触发的调整粒度和能力十分有限，无法为新实验方法提供灵活配置的功能，并且也对谱仪的电气安装部署增加了负担。为了解决这些瓶颈，本研究使用通用化的以太网链路替代集中式触发系统的专用星形链路，并搭建软硬结合的层级体系，最终形成一套可灵活配置的分布式触发读出框架。分布式触发读出体系兼顾了灵活配置和性能高效的需求，突破传统触发体系对中子谱仪实验方法上的约束，为新型中子谱仪实验方法的扩展奠定了更完善的基础支持。