能量选择中子成像谱仪Timepix3相机数据获取系统的研制

作     者：席建普 罗来华 王修库 于莉 蒋兴奋 滕海云 邱勇翔 沈培迅 周建荣 唐彬 孙志嘉 谭志坚 XI Jiapu;LUO Laihua;WANG Xiuku;YU Li;IAN Xingen;TENG Haiyun;QIU Yongiang;SHEN Peixun;ZHOU Janong;TANG Bin;SUN Zhijia;TAN Zhijian

作者机构：中原工学院郑州450007 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心东莞523803 

出 版 物：《核电子学与探测技术》 (Nuclear Electronics & Detection Technology)

年 卷 期：2024年第44卷第5期

页      面：856-863页

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51705546) 中原工学院基金资助项目(K2023MS015) 河南省自然科学基金项目(242300421259) 广东省基础与应用基础研究基金(2022B1515120071) 

主　　题：能量分辨成像谱仪 数据获取 Timepix3探测器 EPICS Kafka 

摘      要：中子数据获取系统作为中子散射实验的核心组成部分,通过收集与物体相互作用的中子信息数据,为科学研究和工程应用提供重要的数据支持,帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)能量分辨中子成像谱仪(EnergyResolution Neutron Imaging Spectrometer,ERNI)上的工程应用,设计并研制了一套数据获取系统(Data Acquisition System,DAQ),该系统能够实现相机的自动控制,并依据40 ms的时间周期对数据进行高效的预处理。在系统硬件方面,采用多服务器集群来应对探测器的高数据带宽需求;在控制层面,采用了实验物理和工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的软件框架提高了相机的自动化程度和谱仪接口的联动;在数据流处理上,采用了Kafka分布式流处理平台来使读出和分析解耦合,提高灵活性,并通过对数据流按照T_(0)(40 ms为中子打靶的脉冲周期)打包来对中子数据进行预处理。通过在ERNI谱仪上进行的样品透射成像实验,验证了整套数据获取系统在束流条件下运行正常,能够成功获取到中子数据并进行了分析,测试结果符合预期,满足了ERNI谱仪的工程需求。