核物理實驗數據獲取和處理系統
正文
核物理實驗和射線測量分析中一種比較複雜的智慧型化的電子設備。主要套用於核物理實驗中的能譜分析、多參量複合譜分析、角分布測量、中子飛行時間分析、同位素識別、多路定標、慢變化波形分析等。在高能物理、放射化學、核醫學、生物學、冶金、探礦、材料分析、石油勘探等許多科學技術領域亦獲得廣泛的套用。工作原理 數據獲取和處理系統是以計算機為中心，由硬體（設備）和軟體（程式）兩大部分組成的。
數據獲取和處理系統的工作包括如下內容和步驟：①物理量-模擬量轉換,如用探測器將核粒子能量轉換成與之對應的脈衝幅度；②模擬量數位化,由模擬-數字轉換器(ADC)或時間 -數字變換器(TDC)將探測器給出的脈衝幅度（或時間間隔）變換成數字數據；③數字數據的獲取，ADC（或TDC）給出的數據由前端處理器收集分類累計與存儲，最後轉移到計算機記憶體儲器中；④數據顯示，將獲得的數據（或處理結果）、實驗參量顯示到顯示螢幕上，以便實現觀察和處理。顯示包括單譜顯示、二維譜立體顯示、截面、俯視圖、輪廓顯示等，圖像可旋轉或傾斜。在顯示螢幕上可用光筆或游標進行人 -機對話;⑤獲得數據的分析處理。例如對譜作如下處理,譜平滑化──峰位置檢索 ──計算峰面積 ──數據標定──數據解釋──結果列印；⑥附帶還可作文本編輯、程式修改。系統的工作是在程式控制下自動完成的。
發展 經過了以下幾個階段：1963～1970年發展了基本系統；70年代中期，發展了包含有計算機自動測量和控制(CAMAC)的多用戶計算機網路系統;70年代末期到現在發展了“分布處理”系統等。
在核物理領域，早期的實驗數據是由模擬記錄（如照相）方式獲取，然後由人工計數進行統計處理。到20世紀50年代，由於探測技術的發展和電子數位技術的進步,使用了多道譜儀才進入數字數據獲取階段,但當時數據是靠用穿孔機在紙帶上穿孔，爾後送入計算機作“離線”處理,還不能適時得到實驗結果。60年代初,由於高分辨半導體探測器的出現和大道數ADC的發展,一些雙參量實驗的數據場達106量級,這要求製造106道分檢器,在技術上這是困難的。且數據處理極為複雜。其時，計算機在很快地發展，價格也越來越低，所以60年代初開始有人利用計算機來控制ADC，計算機控制數據顯示等,進行實驗數據的適時測量和處理（稱“線上”套用）。特別利用計算機聯合存儲技術來解決百萬道數據存儲、處理多參量複雜數據的研究，在60年代末達到了高潮。小型計算機用於核物理實驗的“線上”數據獲取和處理這一成就迅速得到推廣。到70年代，歐美各國核物理實驗室普遍建成並套用這類系統，出現了“多道分析器＋計算機”或“ADC＋計算機＋顯示器” 系統之類的商品。這是第一發展階段。
小型計算機的“線上”套用不僅使核物理實驗數據能適時獲取和適時處理，使數據獲取和處理自動化，而且一台計算機還可以連線上若干 台ADC或分析器同時進行若干不同的實驗數據獲取和處理（包括單參量和多參量），ADC數可多達8台件，提供多用戶使用。這一成就推動了CAMAC系統的發展。70年代中，CAMAC獲得普遍推廣。藉助於CAMAC計算機幾乎可以把實驗室的NIM（核儀器）外掛程式全部連線起來，構成以一台容量大、功能強的計算機作為“中央機”,以連線若干NIM外掛程式的小計算機為“衛星機”，通過一台被稱為“前端機”的計算機將衛星機連到中央機的多用戶數據獲取和處理計算機網路系統。這種系統在圍繞加速器的大型實驗室和一些複雜的實驗中特別有用。這段時期可以認為是發展的第二階段。
隨著大規模積體電路技術的發展，70年代初出現了單片式微處理器，計算軟體也發展了多作業分時作業系統，這使數據獲取和處理系統向多機或多處理器並行高速處理，高輸入輸出數據產額方向發展，提出了“分布處理”系統的新概念。“分布處理”，是將系統的操作處理分散到各部分中去並行完成，各部分都分別加入一個微處理器，並由它完成該部分的特定任務。在多作業作業系統控制下各部分通過“多匯流排”或“高速匯流排”（在發展中）聯繫起來。“分布處理”的優點在於數據獲取與處理的高速化與高效率，減少了軟體工作量並且使軟體標準化與固定化，這樣，就能用若干價格低廉的處理器來完成功能強速度快價格高昂的計算機才能完成的工作。在“分布處理”這一思想影響下，許多實驗室都已將70年代建成的系統進行了改進和更新，代之以多機或多處理器的“分布處理數據獲取與分析系統”。這是數據獲取與處理系統發展的第三階段。
目前，粒子物理和高能核物理領域正在醞釀和建立大型加速器、大型粒子探測系統。新的探測系統將有多達105個通道，實驗數據計數率將高達107計數/秒,這要求數據處理速率達5×109位元組／秒，它已遠遠超出現有計算機的能力。因此，套用高速並行的獨立處理器來完成這些複雜數據的獲取與處理已提到日程上來，連線這些處理器需要發展一種分散處理的通用網路和特殊處理的專用網路。“快匯流排”就是這類網路中的一種，“快匯流排”是一種新的高速數據獲取標準，是在極高速獲取和分布智慧型方面發展來補充CAMAC的,它的重要性質在於系統各分立部分上的設備有獨立的工作能力且允許各設備有操縱其他設備的能力，系統設計者將設備的各部分“掛”到“快匯流排”上即能工作。這類高速化的智慧型系統正在計畫和發展中。
參考書目
席德明等編：《常用核電子技術》，科學出版社，北京，1982。
S.Branko,Minicomputer in Data Processing and Simulation, Interscience, New York,1972.
