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MLZ

Lichtenbergstr.1
85748 Garching

Detektoren & Elektronik

Die Aufgaben der Gruppe umfasst die folgenden zwei Bereiche:

  • Sie stellt sicher, dass alle Detektoren und die zugehörige Ausleselektronik, die an den Instrumenten installiert sind, fehlerfrei und auf dem aktuellesten Stand der Technik arbeiten.
  • Weiterhin entwickelt die Gruppe neue und auf die spezifischen Anforderungen eines Instruments konzipierte Detektoren und Ausleseelektronik. Dabei ist die Gruppe aktiv in internationale Kollaborationen zur Erforschung und Entwicklung neuer Detektor-Konzepte eingebunden.

Projekte und Aktivitäten

Detektoren

Ein 1 × 1m2 Detektor mit einer Zählrate von 1 MHz für SANS-1

Eines der Hauptprojekte der Gruppe war der Bau des 1 x 1 m2-Detektors für das Kleinwinkelneutronenstreu-Instrument SANS-1. Ähnlich wie der Detektor des Instruments D22 am ILL besteht er aus einer linearen Anordnung von 128 einzelnen positionsempfindlichen Detektoren mit einer Länge von 1 m und einem Durchmesser von 8 mm, die mit 15 bar Helium-3 gefüllt sind. Der Detektor hat eine Ortsauflösung von 8 mm x 8 mm sowie eine Zählrate von 1 MHz und wird mit Hilfe der Ladungsteilungsmethode ausgelesen. Seit der Inbetriebnahme von SANS-1 im Jahr 2012 ist der Detektor erfolgreich im Routinebetrieb.

Eine schnelle hochauflösende MWPC für STRESS-SPEC

Die Detektor Gruppe war aktiv in die “Miland”-Kollaboration, eine “NMI3 Joint Research Activity” innerhalb des 6. Europäischen Rahmenprogramms, involviert. Aufbauend auf dem Detektorkonzept, welches in “Miland” entwickelt wurde, bauen wir gegenwärtig eine schnelle, auf Helium-3-basierte, hochauflösende “Multi Wire Proportional Chamber (MWPC)” mit einer aktiven Fläche von 25 cm x 25 cm. Durch Einzeldrahtauslese mit der “Time-over-Threshold”-Methode sowie Verwendung eines spezifischen Algorithmus zur Online-Positionsbestimmung erzielt der Detektor eine Ortsauflösung von ca. 1 mm x 1 mm und eine Zählrate von einigen hundert kHz.

GSPC: Ein neuer, schneller und hochauflösender “Gaseous Scintillation Proportional Counter”

Im Rahmen der “GSPC”-Kollaboration, einer aktuellen “NMI3 Joint Research Activity”, haben wir einen “Micro Strip Gas Detector (MSGC)”-basierten “Scintillation Proportional Counter (GSPC)” mit “Anger Kamera Auslese” gebaut, die durch eine Anordnung von sieben einzelnen “Photo Multiplier Tubes (PMT)” erzielt wird. Die Anwendung dieser neuen Technologie könnte das Design von Neutronen-zählenden Detektoren ermöglichen, die ähnlich wie gas-basierte Detektoren eine hohe Zählrate von bis zu 1 MHz, eine Ortsauflösung im sub-mm-Bereich und eine niedrige Gamma-Empfindlichkeit aufweisen. Erste Testmessungen mit einem kompletten GSPC Detektor am MLZ sind für Anfang 2013 geplant.

Entwicklung eines gas-basierten Detektors mit Bor-10-Konverterschicht

Gas-basierte Detektoren mit mehreren Bor-10 Konverterschichten sind eine potenzielle Alternative zu Helium-3-basierten Neutronendetektoren. Im Rahmen mehrerer internationaler Kollaborationen, untersuchen wir am MLZ experimentell die Leistungsfähigkeit solcher Detektoren und vergleichen sie mit GEANT4 Simulationsrechnungen. Besonderes Interesse gilt der Untersuchung von Makro-strukturierten Konverterschichten, welche eine verbesserte Nachweisempfindlichkeit aufweisen. In Zusammenarbeit mit der ESS-Detektor-Gruppe haben wir begonnen, einen Prototypdetektor mit einer aktiven Fläche von 40 cm x 40 cm und einer angestrebten Ortsauflösung von 5 mm x 5 mm zu bauen.

Ausleseelektronik

Die M-Modul-Serie: Eine Familie von maßgeschneiderten Detektor Datenerfassungs-Platten

Das Rückgrat der FRM II Datenerfassungshardware für Einzel-Neutronendetektoren wird von einer ganzen Familie von PCI/cPCI-basierten DAQ-Karten mit dem M-Modul ANSI-Standard gebaut. Die DAQ-Karten können individuell auf die Anforderungen der einzelnen Instrumentanwendungen, z.B. Beugung, MIEZE, etc., angepasst werden. Hier lassen sich individuell Zählweise (einfach bis “Multi Frame” Zählweise), Flugzeit-Messung bis Pulshöhen-Analyse einstellen. Fast 10 Jahre nach dem ersten Design, wird die Hardware der DAQ-Familie gegenwärtig komplett überarbeitet und die installierten DAQ-Karten ab Mitte 2013 ersetzt.

Eine schnelles ToT-basiertes Auslesesystem für MWPCs mit individueller Kanal-Datenausgabe

Aufbauend auf den Aktivitäten im “Miland”-Projekt wird die hoch-auflösende MWPC mit einer Ausleseelektronik und einem Datenerfassungssystem für 256 × 256 einzelne Kanäle ausgestattet.
Jeder Kathodendraht ist mit einem Transimpedanzverstärker und einem Diskriminator verbunden und erzeugt ein “Time-over-Threshold”, welches von der digitalen Verarbeitungseinheit analysiert wird. Es besteht aus 2 × 2 FPGA-basierten “Pre-Processing”- Modulen und einem Korrelations-Modul, die im VME64x-Standard implementiert sind. X, Y-Koordinaten und die Ankunftszeit T werden dann im „List-mode“ zu einem DAQ-PC übertragen.

Kontakt

Gruppenleiter

Dr. Karl Zeitelhack
Telefon: +49 (0)89 289-14703
E-Mail:

Links

Galerie

ToT-Readout-system
ToT-Readout-system
STRESS-SPEC MWPC-HR250
STRESS-SPEC MWPC-HR250
SANS-1-Detektor
SANS-1-Detektor
M-Modul-Familie
M-Modul-Familie
GSPC-Detektor-1
GSPC-Detektor-1
Boron-10 Detektor
Boron-10 Detektor

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