Eine APD-basierte Auslese für den Crystal-Barrel-Detektor an ELSA

Transkript

1 Eine APD-basierte Auslese für den Crystal-Barrel-Detektor an ELSA Jorrit Drinhaus, Fügen Sie auf der Masterfolie ein frei wählbares Bild ein (z.b. passend zum Vortrag) KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Bundesstadt Bonn 2

3 Uni Bonn / HISKP 3

4 Experimentelle Hadronenphysik Wie sind Nukleonen aufgebaut? Wie funktioniert die starke Wechselwirkung? CBELSA/TAPS: Untersuchung von photoinduzierten Nukleonresonanzen Baryonenspektroskopie: Messung von Observablen 4

5 Baryonenspektroskopie Z.B. totale/differentielle Wirkungsquerschnitte Bisher Photoproduktion am Proton, zukünftig auch an Neutron 5

6 ELSA Elektronen-Stretcher-Anlage Polarisierter oder unpolarisierter Elektronenstrahl Bis zu 3,5 GeV 6

7 7

8 Crystal Barrel ELSA 8

9 Crystal Barrel ELSA Über 1000 CsI(Tl)-Kristalle, bislang PIN-Photodioden-Auslese 30 bis 154 in θ, 2π in φ 9

10 Triggerfähigkeit Derzeit zweistufiger Trigger First Level: startet Datenauslese (ca. 250 ns) Second Level: bricht ggf. Auslese ab (ca. 6 µs) First Level: ID, FP, TAPS Second Level: CB Komplett neutrale Reaktionen CB in FL nötig 10

11 APD-Auslese Interne Verstärkung (in etwa Gain 50 wg. SNR) Ermöglicht Einbindung in First-Level-Trigger Neue Elektronik nötig (C. Honisch) Nachteil: Gain temperaturabhängig Temperaturkompensation, Lichtpulser (M. Urban) Ziel: Triggerfähigkeit erreichen, ohne die Energieauflösung zu verschlechtern 11

12 Hütchenelektronik Neues Hütchen (Prototyp) Altes Hütchen 12

13 HV-Platine Wird mit 500 V versorgt, gibt zwischen 320 V und 450 V aus Über 10 Bit-Potentiometer einstellbar HV kann über I²C-Bus eingestellt und als 16 Bit-ADC-Wert ausgelesen werden 13

14 Linedriver 14

15 Linedriver LM7372 weist deutlich stärkere Asymmetrie auf THS4141 kann nicht genügend Strom (linear) treiben 15

16 Dualdriver (THS4141 & THS3092) Bandbreite etwa 30 MHz Energiesignal: 1 MHz, Timingsignal: 3 MHz Integriert in Mainboard 16

17 Empfang des differentiellen Signals Transformator (3,5 khz 125 MHz): sehr gutes SNR (passiv) Aber: verzerrt bei großen Amplituden das Signal Deshalb Empfang über Operationsverstärker (AD8130) 17

18 Timingfilter Erzeugt schnelles Signal das für Triggerentscheidung genutzt werden kann 18

19 Timingfilter C1: Vorverstärker-/Linedriversignal (τ = 54 µs) C2: Timingsignal (τ = 50 ns) C3: Energiesignal (τ = 1 µs) 19

20 Schema 9er-Block 20

21 9er-Block 3x3-Kristallmatrix für Testmessungen Schauerverteilung kann getestet werden 21

22 Energiekalibrierung 60 Co (1,17 MeV und 1,33 MeV) Summenpeak unterschiedlich gut zu bestimmen (Kristallhelligkeit, Raumwinkel, Abschirmung) 22

23 Energiekalibrierung Drei Punkte (0 MeV, 1,25 MeV, 2,50 MeV) 23

24 Testmessungen 24

25 Energieauflösung 25

26 Energieauflösung 26

27 Energieauflösung Bisherige Energieauflösung wird erreicht (sogar übertroffen) Simulation berücksichtigt nur Energiedeposition, kein Rauschen o.ä. 27

28 Umbau M. Urban 28

29 Umbau M. Urban 29

30 TransAqua Thema: Entwicklung eines Detektors zum Online-Nachweis von Radionukliden in Trinkwasser 30

31 TransAqua Herausforderungen: (empfindlicher) Nachweis von α, β und γ mit einem Detektor praktikabel? Niedrige Nachweisgrenzen erreichen Nuklididentifikation möglich? Geometrie (hohe Effizienz, MC-Simulationen) Detektor (PMT, Diode,?) Kombination aus mehreren Methoden? 31

32 TransAqua Es gibt viel zu tun 32