高计数率环境下超高时间分辨飞行时间谱仪关键技术研究

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基本信息

  • 批准号:
    11735009
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    360.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2804.粒子探测技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Time of flight system (TOF) based on MRPC technology is widely used and played an important role in modern high energy nuclear physics experiments. With the increase of accelerator energy and luminosity, many experiments have increasingly demand on the TOF for particle identification to have high resolution TOF under high data rate environment, which undoubtedly presents a big challenge to the TOF technology. For example, the JLab-SoLID spectrometer requires a TOF for Kaon/pion separation up to momentum of 7 GeV/c under high particle rate of 20 KHz/cm^2. It is imperative to develop ultrahigh resolution TOF system which can handle high rate. We propose, based on the most advanced state-of-art world technology, to develop high-rate narrow-gap MRPC detector with corresponding readout electronics system. The readout electronics system is based on high-speed wave-form digitization system with fast amplifier. Alternative option using FPGA based TDC system with fast discriminator will also be studied. The goal is to develop a new prototype TOF system with time resolution reach around 20 ps and can handle rate up to 20 KHz/cm^2. This system will meet the urgent experimental needs, greatly enhance our technical capability in particle detection and push the development in high precision detection technology and high-speed high precision electronics system in China.
基于多气隙电阻板室(MRPC)技术的飞行时间谱仪在现代物理实验的粒子鉴别中得到了广泛应用,发挥了重要作用。随着加速器能量和对撞机亮度的提高,一些物理实验要求在高计数率环境下达到对特定粒子的精确鉴别,这无疑是飞行时间谱仪技术的挑战。如JLab-SoLID谱仪要求其飞行时间探测器在20 kHz/cm^2的计数率环境下对K/PI分辨动量上限达到7GeV/c。因此研制高计数率,超高时间分辨的飞行时间谱仪势在必行。本项目在跟踪国际前沿技术基础上,自主研制高计数率窄气隙MRPC,并基于高速波形数字化和快甄别结合可编程器件FPGA TDC两种方案进行高精度时间测量电子学技术研究,研制出时间分辨达20ps,计数率能力达20 kHz/cm^2的新型飞行时间探测器系统,满足物理实验的迫切需求,全面提升我国在粒子探测领域的研究实力,推动我国在高精度粒子探测技术、高速高精度电子学等相关领域的发展。

结项摘要

本课题聚焦于未来高亮度高精度物理实验中粒子鉴别的迫切需求,围绕研制高计数率超高时间分辨飞行时间谱仪的核心内容,开发出一套完整的MRPC探测器信号形成及定时性能模拟程序,研制出时间抖动小于10ps的前端信号放大器和相应的高速波形采用电路,同时研制出基于TOT技术的前端放大器+高精度TDC的信号读出技术,研制出多个窄气隙的MRPC探测器,创新性提出了应用机器学习技术重建MRPC时间性能的技术并研究出了独特的集成神经网络。测试结果表明在计数率高达15kHz/cm2时,系统时间分辨优于20ps,MRPC 时间分辨率达到16ps,达到国际领先水平。该技术将在大型物理实验及TOF-PET系统中得到广泛应用。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Study on the coupled readout MRPC and eco working gas by a cosmic test system
宇宙测试系统读出MRPC与生态工作气体耦合研究
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/15/04/c04013
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    JINST
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Botan Wang;Dong Han;Yi Wang
  • 通讯作者:
    Yi Wang
The study of a new time reconstruction method for MRPC read out by waveform digitizer
波形数字化仪读出MRPC时间重构新方法的研究
  • DOI:
    10.1016/j.nima.2018.09.059
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fuyue Wang;Dong Han;Yi Wang
  • 通讯作者:
    Yi Wang
Multigap Resistive Plate Chambers for Time of Flight Applications
用于飞行时间应用的多间隙电阻板室
  • DOI:
    10.3390/app11010111
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Applied Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yi Wang;Yancheng Yu
  • 通讯作者:
    Yancheng Yu
Performance of high rate MRPC with different gas mixtures
不同气体混合物的高速率 MRPC 性能
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/14/01/p01003
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    JINST
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qiunan Zhang;Dong Han;Yi Wang
  • 通讯作者:
    Yi Wang
The CEE-eTOF wall constructed with new sealed MRPC
采用新型密封 MRPC 建造的 CEE-eTOF 墙
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/15/08/c08022
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    JINST
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Botan Wang;Dong Han;Yi Wang
  • 通讯作者:
    Yi Wang

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其他文献

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高光度实验用高速率MRPC研究
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  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王义
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CAN总线在现代汽车网络系统中的应用
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/amr.655-657.1141
  • 发表时间:
    2013-01
  • 期刊:
    Advanced Materials Research Vols
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王义
  • 通讯作者:
    王义
Beam test results of high counting rate MRPCs at GSI
GSI 高计数率 MRPC 的光束测试结果
  • DOI:
    10.1016/j.nuclphysa.2010.01.142
  • 发表时间:
    2010-03
  • 期刊:
    Nuclear Physics A
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    王义;程建平;朱相雷;王景波;李元景
  • 通讯作者:
    李元景
铁路桩基础桥台抗震性能参数影响分析
  • DOI:
    10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20200365
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨晨吟;陈兴冲;张熙胤;王义
  • 通讯作者:
    王义
面向实时应用的深度学习研究综述
  • DOI:
    10.13328/j.cnki.jos.005946
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    软件学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张政馗;庞为光;谢文静;吕鸣松;王义
  • 通讯作者:
    王义

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王义的其他基金

高计数率MRPC工作稳定性研究
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    面上项目
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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