MX-10 pixelový částicový detektor

MX-10 pixelový částicový detektor Základní charakteristika

Dokument: 02.04.2012

Autor: Ing. Martin Hönig

MX-10 – základní charakteristiky Základní popis Produkt MX-10 je zařízení využívající hybridní pixelový detektor el. nabitých částic Timepix, vyvinutý v rámci kolaborace Medipix. Detektor Timepix je spojen s hradlovým polem, které zajišťuje zejména vyčítání dat ze senzoru Timepix a následné přeposlání dat do PC skrze převodník paralelní linky na USB. MX-10 je ovládán z PC pomocí softwaru Pixelman. Firmware hradlového pole i software pro ovládání zařízení je vyvinut ve spolupráci s Ústavem Technické a Experimentální Fyziky Českého Vysokého Učení Technického v Praze (dále jen ÚTEF). Zařízení MX-10 je hlavní součástí výukové sady, která dále obsahuje vzorové zářiče společně s příslušenstvím a sbírkou základních úloh, které lze se sadou realizovat.

Vlastnosti detektorů Timepix Senzory Timepix se skládá ze senzoru rozděleného na 256x256 pixelů s roztečí 55µm. Každý pixel je spojen s digitální částí detektoru, která obsahuje zesilovač, diskriminátor a čítač s rozlišením 13 bitů. Senzor je spojen s digitální částí čipu pomocí technologie „bump bonding“. Na senzorovou část čipu je přivedeno regulovatelné předpětí pro urychlení sběru náboje ze senzoru.


2/8

MX-10 – základní charakteristiky

Detektor Timepix může pracovat v jednom ze tří režimů: 1. Režim Medipix – čítač zaznamenává počet částic, které dopadly na příslušný pixel 2. Režim Timepix – čítač pracuje jako časovač a zaznamenává čas, kdy dopadla částice na příslušný pixel 3. Režim Time over threshold – čítač je použit jako Wilkinsonův AD převodník a měří energii částice dopadlé na příslušný pixel Globální diskriminační úroveň pixelů je nastavena pomocí 10bitového DA převodníku a u každého pixelu lze separátně jemně donastavit diskriminační úroveň s rozlišením 4 bity. Diskriminační úroveň se zpravidla nastavuje na hodnotu o něco málo vyšší než je hodnota šumu na vstupu diskriminátoru a doladění diskriminační úrovně pro každý pixel dovoluje dosáhnout homogenního distribuce prahové hodnoty šumu na celé ploše detektoru.

Detektor vybavený 300µm křemíkovým senzorem je schopen zachytit libovolné el. nabité částice s energií vyšší než 5keV. Ostatní druhy částic je třeba konvertovat na sekundární záření elektricky nabitých částic. Následující výčet udává přibližné efektivity detekce různých částic. 1. Nabité částice (energie > 5keV) : 100% 2. Roentgenové záření (energie 5keV – 10keV): ~100% 3. Gama záření (energie > 1MeV): ~0.1%


3/8

MX-10 – základní charakteristiky 4. Tepelné neutrony (energie > 1eV): ~5% (LiF konvertor) 5. Rychlé neutrony (energie řádově MeV): ~0.5% (PE konvertor) Pro informace o možnostech nasazení a probíhajících experimentech doporučujeme navštívit webové stránky ÚTEF, viz. kapitola Užitečné odkazy.

Vlastnosti zařízení MX-10 Zařízení MX-10 je zapouzdřené a lehce obohacené řešení vycházející z USB rozhraní FitPix ver. 1.22 společně s novým nosičem detektorů Medipix/Timepix. USB roshraní umožňuje kromě komunikace s detektorem Medipix/Timepix i upgrade firmwaru hradlového pole. Systém je uvnitř pouzdra řešen modulárně, aby umožnil případnou výměnu detektoru. Nosič detektoru integruje napájecí obvod s přednastaveným napětím pro konkrétní detektor a paměť, ve které jsou uloženy kalibrační data osazeného detektoru. Obslužný software Pixelman je vyvíjen v ÚTEF a dlouhodobě používán pro spolupráci s USB rozhraní FitPix a RUIN. Pro potřebu výukové sady byl vytvořen zjednodušený vzhled grafického uživatelského rozhraní, který klade nižší nároky na uživatele software. Software podporuje lokalizaci a bude dle potřeby doplňován o další jazykové mutace.


4/8

MX-10 – základní charakteristiky Maximální dosažitelná snímkovací frekvence je v současné době 80 snímků za sekundu při použití sériového rozhraní mezi detektorem Timepix a hradlovým polem. Experimentálně bylo dosaženo snímkovací frekvence 100 snímků za vteřinu. Potenciální další výrazné navýšení snímkovací rychlosti za pomoci využití paralelního rozhraní detektoru Timepix je ve stádiu vývoje. Mechanická konstrukce produktu zahrnuje standardní stativový zavit na spodní hraně krabičky, přetahovací ochranný kryt detektoru. Zařízení je připojeno k PC standardním kabelem USB A – USB mini B a vedle konektoru je indikační kontrolka stavu zařízení.


5/8

MX-10 – základní charakteristiky


6/8

MX-10 – základní charakteristiky Modulární nosič detektoru Timepix je vybaven krytem, který chrání křehké spojení, který maximálním způsobem chrání „wire bonding“ mezi čipem a deskou plošného spoje. Zároveň ponechává odkrytou snímací část detektoru, aby bylo možné detektorem zaznamenávat alfa záření.


7/8

MX-10 – základní charakteristiky Systémové požadavky 

USB 2.0 Hi-Speed port



Procesor: 1GHz, Operační paměť 512MB, doporučeno 1.6GHz, 1024MB



Java Runtime Edition v 1.6, nebo vyšší



Microsoft Windows XP/Vista/7, Linux, Mac OS X

Užitečné odkazy 

http://www.utef.cvut.cz – Ústav Technické a Experimentální Fyziky ČVUT v Praze



http://medipix.web.cern.ch – Medipix kolaborace spadající pod evr. výzkumnou organizaci CERN


8/8

MX-10 pixelový částicový detektor

Recommend Documents