Charakterisierung des MAROC3-Chips

Müskes, Stefan

Book/Report

FZJ-2017-01858

Charakterisierung des MAROC3-Chips

Müskes, S. (Corresponding author)FZJ*

2012
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 4356, II, 99 p. (2012)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/13874

Report No.: Juel-4356

Abstract: In der Arbeitsgruppe Neutronen und Gamma Detektoren im Zentralinstitut für Elektronik (ZEL) der Forschungszentrum Jülich (FZJ) GmbH, wird an der Neu- und Weiterentwicklung von Neutronendetektoren geforscht. Für das Projekt "Entwicklung eines Detektorprototypen für das Experiment POWder and TEXture Diffractometer" (POWTEX) wird eine alternative Lösung für die Realisierung eines Neutronendetektors gesucht. Die Neuentwicklung ist notwendig, da die derzeit auf $^{3}$He basierende Detektionsmethode, durch den Mangel des benötigten Gases ($^{3}$He), nicht mehr realisiert bzw. finanziert werden kann.Das für POWTEX anvisierte alternative Detektorkonzept basiert auf einem Szintillationsdetektor, bei dem das erzeugte Licht in speziellen Glasfasern zur Lichtwellenleitung absorbiert und mit einer vergrößerten Wellenlänge wieder emittiert wird (Wavelength Shifting Fiber, kurz WLSF). Der Vorteil eines Detektors mit WLSF liegt in der relativ zur Detektor Fläche reduzierten Lichtdetektionsfläche, wodurch die Kosten minimiert werden. In dem geplanten Detektorkonzept wird das auftretende Neutron im Szintillator eingefangen und erzeugt Sekundärteilchen, welche anschlieÿend Ionisationen auslösen. Die freien Elektronen gelangen über Dotierungen mit geeigneten Materialien, unter Emission von Photonen, zurück in den Grundzustand. Unterhalb des Szintillators befindet sich eine orthogonale Anordnung von WLSF, die Anteile des erzeugten Lichts absorbiert. Innerhalb der WLSF wird das absorbierte Licht mit einer vergrößerten Wellenlänge isotrop emittiert und die im Akzeptanzwinkel der WLSF liegenden Anteile reflektiert. Die geführten Photonen gelangen auf die Detektionsfläche des Multianode Photomultiplier (MaPMT), der aus ihnen elektrische Signale generiert. Beim Auswerten der erzeugten Signale lässt sich dann, durch die orthogonale Anordnung der WLSF, bestimmen, wo im Szintillator das Neutron reagierte. Die Firma Orsay MicroElectronic Group Associated (OMEGA), welche in die GruppeLaboratoire De L'Accelerateur Lineaire (LAL) eingegliedert ist, befasst sich mit der Entwicklung von integrierten Schaltkreisen für spezifische Anwendungen (Application-Specific Integrated Circuit, kurz ASIC). Ihr Schwerpunkt liegt dabei in der ASIC-Entwicklung für das Auslesen und Verarbeiten von MaPMT-Signalen. Der von OMEGA entwickelte ASIC "Multi Anode ReadOut Chip 3" MAROC3, soll in der Ausleseelektronik des geplanten Neutronendetektors eingesetzt werden. Der MAROC3 verfügt über 64 Kanäle, die jeweils einen Vorverstärker besitzen, nach dem Filterverstärker mit verschiedenen Zeitkonstanten (fast=slow shaper) geschaltet sind. Dabei kann jedem Kanal ein separater Verstärkungsfaktor zugewiesen werden, womit sich die Inhomogenität von MaPMTs ausgleichen lässt. Über Diskriminatoren mit veränderbarer Schwellenspannung lassen sich Triggersignale erzeugen und ein integrierter Analog Digital Konverter (ADC) ermöglicht es, detektierte Signale zu digitalisieren. Durch die aufgabenspezifische Ausrichtung des MAROC3 soll ein erheblicher Schaltungs- und Platzaufwand eingespart werden, wodurch die Ausleseelektronik des Neutronendetektors optimiert wird. [...]

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