Spectrum儀器ADC卡被用於人類曆史上最大的液態中微子探測器

中國北京，2024年9月4日訊 —— 此前人們認為中微子粒子是沒有質量的。直到近些年，人們才意識到中微子粒子質量很小，並能在三種不同“味道”之間相互切換。這些被稱為“幽靈粒子”的中微子粒子通常能夠穿過大多數普通物質而不被檢測到，因此人們常常需要借助專業的探測器對其進行研究。最新的中微子實驗裝置JUNO位於中國江門地下750米處
，是由來自全球17個國家74所大學和國家實驗室的730名科學家合作完成，耗資4億歐元。Spectrum儀器的高速數字化儀則被用於該實驗裝置的核心部分——液體閃爍體。

JUNO主探測器位於地下750米的專用實驗室內。圖片中是尚未灌水的水池和中間腳手架。
在球體內部放置了一個直徑為34.5米的丙烯酸球體

，裏麵裝滿了液體閃爍體。在安裝時
，白色的蓋子能夠保護敏感組件。

JUNO被精確地放置於八個現有的核反應堆之間，為研究提供了中微子源。它的核心是一個直徑為34.5米的巨型且透明度極高的丙烯酸球體
，裏麵裝有2萬噸經過特殊處理的類似油性物質。這種液體閃爍體與中微子相互作用時會產生光子，並被一個3.5萬噸的水池包圍。環繞球體的4.5萬餘根光電倍增管（PMTs）能夠檢測到光子。慕尼黑工業大學和美茵茨大學的研究小組在高精度、實驗室規模的實驗中使用了由Spectrum儀器提供的M4i.2212數字化儀卡描述液體閃爍體

，這對數據采集的要求非常高。當JUNO探測器在2024年nian底di正zheng式shi投tou入ru使shi用yong時shi，它ta將jiang成cheng為wei人ren類lei建jian造zao的de最zui大da型xing的de液ye態tai中zhong微wei子zi探tan測ce器qi。該gai探tan測ce器qi將jiang顯xian著zhu提ti升sheng我wo們men對dui這zhe些xie幽you靈ling粒li子zi之zhi間jian相xiang互hu作zuo用yong以yi及ji性xing質zhi的de認ren知zhi。

中微子探測器

bingxisuanqiutidezhongjianshiyicengbeishuibaoweizhedeyetishanshuoti。jishizuishaoliangdezazhidoukenenghanyoufangshexingwuzhi
，yincizheliangzhebixufeichangchunjing。zaishebeijianzaodeguochengzhong，suoyougongrendoubixupeidailiangfushoutao，yinweizhiwenshangdehanyeyoukenengwuranbinghuidiaozhenggexiangmu。tanceqibeizhifangyudixia750米處的專用實驗室內，用以屏蔽四周的輻射。

當中微子與液體閃爍體（LS）相互作用時
，能將相互作用的能量傳遞給該物質的分子。液體閃爍體的巨大光輸出（通常 > 10.000 Photons / MeV）能(neng)夠(gou)確(que)保(bao)能(neng)量(liang)的(de)精(jing)準(zhun)傳(chuan)遞(di)。如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)重(zhong)構(gou)入(ru)射(she)中(zhong)微(wei)子(zi)的(de)方(fang)向(xiang)將(jiang)大(da)有(you)裨(bi)益(yi)。來(lai)自(zi)中(zhong)微(wei)子(zi)初(chu)始(shi)通(tong)道(dao)的(de)微(wei)弱(ruo)但(dan)具(ju)有(you)定(ding)向(xiang)性(xing)的(de)切(qie)倫(lun)科(ke)夫(fu)光(guang)通(tong)過(guo)水(shui)與(yu)之(zhi)匹(pi)配(pei)，將(jiang)為(wei)物(wu)理(li)學(xue)家(jia)的(de)研(yan)究(jiu)提(ti)供(gong)重(zhong)要(yao)的(de)信(xin)息(xi)。

慕(mu)尼(ni)黑(hei)工(gong)業(ye)大(da)學(xue)和(he)美(mei)茵(yin)茨(ci)大(da)學(xue)目(mu)前(qian)研(yan)究(jiu)液(ye)體(ti)閃(shan)爍(shuo)體(ti)的(de)目(mu)的(de)是(shi)將(jiang)漫(man)射(she)光(guang)中(zhong)的(de)快(kuai)而(er)微(wei)弱(ruo)的(de)切(qie)倫(lun)科(ke)夫(fu)光(guang)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)，以(yi)便(bian)同(tong)時(shi)進(jin)行(xing)能(neng)量(liang)和(he)方(fang)向(xiang)重(zhong)構(gou)。於(yu)是(shi)
，在(zai)Hans Steiger博士的率領下
，研究團隊設計並建造了幾台具有增強光收集能力和時間分辨率的精密台式實驗裝置。

Spectrum儀器的M4i.2212-x8 PCIe數字化儀
，采樣速度1.25 GS/s，能同時處理4個通道的數據

“我們之所以選擇Spectrum儀器提供的數字化卡是因為其卓越的性能。與市場同類產品相比
，Spectrum儀器的產品不僅性價比更高，而且能夠定製化。”該項目的負責人Hans Steiger博士表示，“我們能夠通過Spectrum產品的模塊式設計精準選擇所需的一切功能，無需為額外或附加功能買單。此外，這些產品還是標準的PCIeka，zhejiuyiweizherihouwomenhuodegengduoyusuanshi
，nenggouzaibiaozhundejisuanjijixiangzhongkuozhanwomendexitong。zuoweicanyudaxingchangqiguojixiangmudedaxue，womenxuyaoxuanyongkekaodelingbujian。Spectrum提供的五年質保更令我們更加放心。”

JUNO實驗結果推動天文學研究的發展

除了事件重構方麵的工作外，該團隊還為JUNO添加了校準項目。該項目利用預先確定能量和入射方向的放射性伽馬和中子源來刻畫探測器材料。慕尼黑工業大學TUM小組的博士生Meishu Lu指出：“我們之所以能夠刻畫液體閃爍體是由於超高速轉化儀卡能夠在以皮秒為單位的時間範圍內進行測量。此外，5V的動態範圍遠優於市麵上僅為1V的其他產品，這也意味著當我們的光電倍增管（PMTs）遇到3V脈衝時可以輕鬆應對。”美因茨大學的研究人員Manuel Böhles表示，“在製定最佳項目方案時
，Spectrum儀器為我們提供了極大的助力。當我們遇到問題時
，可以直接與Spectrum儀器的工程師進行溝通並快速解決問題。很高興能和這樣一家致力於支持高校基礎研究的企業合作。”

用於慢速液體閃爍混合物的典型光發射動力學
圖中紅線代表切倫科夫光，緊隨其後的綠線代表較慢的閃爍光衰減

圖中顯示了切倫科夫輻射的第一脈衝，緊隨其後的是給出能量信息的閃爍信號。整個過程不到2納秒即可完成。借助這些信息就能確定粒子的類型及來源。這可能來自中國的反應堆、太陽、地球中心或深空。“此前，我們從未通過閃爍探測器確切得知中微子來自何處。因此這為我們開辟了全新的研究領域。” Steiger博士表示
，“julieryan，ruguoyikechuisidehengxinghuosuoweidechaoxinxingzaitiankongzhongfachudaliangzhongweizi。womenxianzaibujinkeyikandaozhexiezhongweizi，hainengyigaojingduzhonggougaibaozhafashengdetiankongweizhi。womenhengaoxingxianzaiyouzheyangyitaiwangyuanjing，nenggourangwomengenghaodilejiebutongdezhongweiziyuanbinggengquanmiandilejiezhenggeguocheng。tongguoduizhenggeguangpushangdeguangyijiyinlibodejiance，jiazhiduijuyougaotongji
、高能量分辨率和方向性的中微子的加持，多信使天文學將邁入全新時代。”

關於Spectrum儀器

Spectrum儀器公司成立於1989年
，采用獨特的模塊化理念設計和生產了200多種數字化儀和發生器產品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及獨立的以太網設備（LXI）。三十多年來
，Spectrum儀器的客戶遍布全球，產品也被眾多行業的領軍企業和知名大學使用。Spectrum儀器總部位於德國漢堡附近，旗下產品均享受5年質保以及來自工程師團隊的卓越服務。更多詳情
，請訪問公司官網www.spectrum-instrumentation.com 。