【摘 要】
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现代核天体物理、基础核物理、核医学、国防战略武器,以及新一代核能技术等研究对核数据测量提出了更高的要求,包括更高的精度、更宽的能区范围、更多的反应类型等。反角白光中子实验装置（Back-n）作为中国散裂中子源的扩展项目,是国际首台沿质子束打靶通道反流的中子束构建的白光中子源,具有高注量率和高飞行时间分辨的优点,可为中子核数据实验研究提供强大的平台。Back-n规划了多台适合于不同核数据测量的谱仪,
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现代核天体物理、基础核物理、核医学、国防战略武器,以及新一代核能技术等研究对核数据测量提出了更高的要求,包括更高的精度、更宽的能区范围、更多的反应类型等。反角白光中子实验装置（Back-n）作为中国散裂中子源的扩展项目,是国际首台沿质子束打靶通道反流的中子束构建的白光中子源,具有高注量率和高飞行时间分辨的优点,可为中子核数据实验研究提供强大的平台。Back-n规划了多台适合于不同核数据测量的谱仪,包括中子俘获截面、裂变截面、全截面、带电粒子出射、裂变瞬发中子谱、在束γ谱、多功能时间投影室、裂变瞬发γ谱、轻带电粒子和裂变产物测量等。Back-n需要强大的数据获取技术以解决高中子流强所带来的高事例率挑战,同时还需要解决其众多谱仪对于数据获取的差异化需求,以及待建谱仪的可扩展性需求,这对数据获取技术的兼容性和可扩展性提出了极大的挑战。为谱仪定制专用数据获取系统是核与粒子物理实验中的常用方法,但这显然不适合于谱仪众多的Back-n。本论文针对Back-n众多不同核数据测量谱仪的共性化数据获取技术需求及挑战,开展共用数据获取技术的研究,研制统一的开放式系统框架,并解决谱仪可互换数据读出及高性能数据驱动问题,从而为Back-n的核数据测量谱仪提供一种解耦的兼容性数据获取技术,能应对谱仪数量众多给共用数据获取系统带来的研制挑战。本论文基于RocketMQ消息平台,提出了一种用于中子核数据测量的发布订阅式数据获取技术,消除了传统点对点面向连接技术因数据获取节点宕机所带来的实验中断和数据丢失的问题,提高了中子核数据测量系统的鲁棒性。并采用虚拟内存盘技术解决消息平台流水线数据缓存的瓶颈性问题,使得服务器单机消息吞吐性能相比传统方法提升33%,在原型验证小系统可获得达4.19Gbps数据获取带宽的性能。本论文针对谱仪设备的共性化软硬件交互需求,设计了数据流管道模型,并基于高速串行计算机扩展总线实现了谱仪软硬件数据交互的设备驱动技术,在主机和谱仪设备之间建立控制及状态管道、通知管道、数据流管道,为谱仪设备的数据读出提供了统一的设备驱动技术。在第二代高速串行计算机扩展总线链路宽度为4时,可获得的传输带宽为13.16Gbps。并通过引入测试测量领域的可编程仪器标准指令规范,为数据获取系统和谱仪设备之间提供了一套标准指令集,基于此设计了具有标准接口的可互换仪器驱动,能解决数据获取软件与谱仪设备之间的兼容性问题。因此本论文提出的共用数据获取技术可以应用于Back-n已建成和规划中的各类谱仪。除了核物理领域,本论文研究成果同时也可应用到粒子物理、测试测量、物联网等各个领域。
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