[论文解读] Analog read-out of the RPCs in the ARGO-YBJ experiment
本文提出了一种用于ARGO-YBJ实验中电阻板室（RPCs）的模拟电荷读出系统原型，采用峰值保持电路测量粒子密度，最高可达600–700 particles/m²。该系统实现了线性响应与低噪声，使动态范围得以扩展，超越数字条纹读出系统，适用于研究能谱膝区附近的宇宙射线簇射。
The ARGO-YBJ experiment, currently under construction at the Yangbaijing Laboratory (4300 m a.s.l.), consists of a single layer of about 2000 Resistive Plate Chambers (RPCs) for a total instrumented area of about 6700 m^2. The digital read-out, performed by means of pick-up electrodes 6.7 X 62 cm^2 ('strips'), allows one to measure the particle number of small size showers. To extend the size range up to the knee region it is necessary to implement the charge read-out of the detector chambers. In order to achieve this goal each RPC has been instrumented with two large size pads of dimensions 140 X 125 cm^2. In this paper the performance of the prototype circuit devoted to the charge read-out is reported.
研究动机与目标
- 将ARGO-YBJ实验的动态范围扩展至超越数字条纹读出系统的限制，以应对高能宇宙射线簇射。
- 实现对大尺寸簇射中粒子密度的精确测量，特别是宇宙射线能谱膝区附近。
- 开发并测试一种能够处理大面积RPC探测垫高幅值信号的电荷测量电路。
- 将模拟读出系统与现有数字系统集成，为未来混合数据采集系统做准备。
- 通过验证性能与动态范围，为在100 m²探测器上全面部署做好准备。
提出的方法
- 采用单位增益峰值保持（PH）电路，捕获并保持来自140×125 cm²大尺寸探测垫的信号最大幅度。
- 该PH电路可从30 mV起跟踪信号，利用1.5 µs的时间门捕获峰值。
- 使用12位ADC，转换时间为1.2 µs，与触发信号同步，对PH输出进行数字化。
- 通过数字脉冲发生器模拟大尺寸探测垫上的m.i.p.信号，测试不同触发延迟（最高500 ns）下的性能。
- 电路安装在VME机箱中，PH与ADC分别使用独立电路板，以最小化噪声耦合。
- 在100 mV至6 V输入范围内评估信号线性度与噪声性能，对应1–700 particles/m²的粒子密度。
实验结果
研究问题
- RQ1原型模拟电荷读出系统是否能够将ARGO-YBJ RPCs的动态范围扩展至超越数字条纹读出系统的限制？
- RQ2在宽动态范围的粒子密度下，电荷测量响应的线性度与稳定性如何？
- RQ3触发延迟抖动对模拟系统中粒子计数精度的影响是什么？
- RQ4该系统在真实探测器条件下是否保持低噪声与可靠性能？
- RQ5在低粒子密度下，该模拟系统与现有数字读出系统之间的校准与互校准效果如何？
主要发现
- 原型电荷计电路在100 mV至6 V输入范围内表现出优异的线性度，对应600–700 particles/m²的粒子密度，平均信号约为每m.i.p. 6 mV。
- 系统实现了600–700 particles/m²的动态范围，显著超越了数字条纹读出系统在高能簇射中的能力。
- 峰值保持电路输出稳定，漏电流速率约为6 mV/µs，由于触发抖动导致的计数最大误差仅为一个粒子。
- 电路未表现出来自VME电源的明显噪声，确保了信号采集的纯净性。
- 校准曲线在所有测试触发延迟时间（100、300、500 ns）下均保持线性，表明对时间偏差具有鲁棒性。
- 在6 V输入以下未观察到饱和或非线性现象，证实系统适用于高通量事件。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。