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Digitale Datenaufnahme für die Spektrometrie mit einem hochauflösenden Diamantdetektor

31.01.2011

Um die Eigenschaften von kommerziell erhältlichen Detektoren aus einkristallinem Diamant für Anwendungen in Bereich Fusionsforschung optimal nutzten zu können, ist eine schnelle Signalverarbeitung nötig. Dafür sind digitale Datenaufnahmesysteme hervorragend geeignet. Deshalb wurde ein schneller Stromvorverstärker entwickelt und an die Charakteristik eines vorhandenen Datenaufnahmesystems angepasst. Als erste Verstärkerstufe wird ein Transimpedanz-Verstärker AD8015 von Analog Devices verwendet, der sich durch eine hohe Bandbreite von 240 MHz bei geringem Rauschen auszeichnet. Durch die differentiellen Ausgänge, die zu geringen Rückwirkungen auf die Versorgungsleitungen beitragen, ist er für die vorgesehene Anwendung besonders geeignet. Die ursprünglich feste Verstärkung und die Bandbreite wurden so an die Charakteristik des digitalen Datenaufnahmesystems angepasst, dass Signale von Diamantdetektoren bis zu einer maximalen Energiedeposition im Diamant von etwa 35 MeV gemessen werden können.

Die Kombination aus Diamantdetektor, schnellem Stromverstärker und digitalem Datenaufnahmesystem wurde in den Referenzfeldern der PTB ausgiebig getestet. Dazu wurden monoenergetische Neutronen, ein hochintensives Neutronenfeld und hochenergetische geladene Teilchen verwendet. Das Ergebnis einer dieser Messungen zeigt die Abbildung. Dort ist das gemessene Pulshöhenspektrum bei einer Bestrahlung mit 20 MeV α-Teichen vom PTB Zyklotron aufgetragen. Zusätzlich dazu ist das Pulshöhenspektrum dargestellt, das mit einem konventionellen analogen Datenaufnahmesystem aufgenommen wurde. Obwohl die Auflösung des neuen Systems nicht ganz an die einer analogen Datenaufnahme heranreicht, sind die erreichten Werte für die geplanten Anwendungen ausreichend. Dafür können mit dem neuen Datenaufnahmesystem Zählraten verarbeitet werden, die um mehr als einen Faktor 10 größer sind als mit analogen Systemen. Diese Messungen bestätigen deshalb die prinzipielle Eignung dieses Messsystems für hochauflösende Spektrometrie bei hohen Zählraten.

Abbildung: Pulshöhenspektren für die Bestrahlung eines Diamantdetektors mit 20 MeV α-Teilchen vom PTB Zyklotron, gemessen mit der neuen digitalen Datenaufnahme in Vergleich zu einer Messung mit konventioneller analoger Elektronik.