Detekce a spektroskopie iontů pomocí pixelových detektorů

Ing. Michael HOLÍK

Doctoral thesis

Precise position sensitive spectroscopy of energetic ions with adapted pixel device

Abstract:

The hybrid semiconductor pixel detector Timepix has proven to be a powerful tool in radiation detection and radiation imaging. Energy loss and directional sensitivity as well as particle type resolving power are possible by high resolution particle tracking and per-pixel energy and quantum-counting capability. The spectrometric resolving power of the detector can be significantly enhanced by analyzing the analog signal of the detector common sensor electrode (also called the back side pulse). The thesis deals with the study of the backs side pulse signal analysis, processing and its exploitation. The results of the study are used in the subsequent development of the precise instrumentation with enhanced parameters (e.g. simultaneous acquisition of the back side pulse waveforms as well as pixelated matrices of the Timepix detector, high spectroscopic resolution, well-done synchronization, self-trigger capability on base of particle energy, etc.) in comparison to previously available solutions. The results of the research and development open a new application of the Timepix detector for further study of energetic ions

Abstract:

Hybridní pixelový detektor Timepix prokázal, že je velmi užitečným nástrojem v oblasti detekce ionizujícího záření a zobrazovaní. Vykazuje výjimečné schopnosti dovolující přesné měření energie částic, včetně směru jejich dopadu. Tyto schopnosti jsou dány vlastnostmi jako je velmi jemné prostorové rozlišení, či vysoké energetické rozlišeni dovolující registrovat kvantum energie od jednotlivých interagujících částic (fotonů). Spektroskopické schopnosti detektoru mohou být dále umocněny při zpracování analogového signálu ze společné elektrody pixelové matice detektoru. Tato práce se zabývá analýzou, zpracováním a využitím signálu ze společné elektrody pixelového detektoru. Výsledky získané předchozí studií jsou využitý k návrhu precizní jaderné instrumentace, která vyniká oproti ostatním již existujícím řešením díky svým vlastnostem (schopnost souběžné akvizice matic pixelového detektoru v kombinaci se záznamem signálu ze společné elektrody, vysoké spektroskopické rozlišení, vzájemná synchronizace, spouštění kombinovaného měření na základě velikosti energie interagující částice, atd.). Výsledky výzkumu a vývoje otevírají prostor pro nové využití detektoru Timepix na poli sledování těžkých nabitých iontů.

Keywords

VHDL, FPGA, Experimentální fyzika, Alfa spektroskopie, Těžký nabitý iont, Radiace, Jaderná instrumentace, Timepix, Medipix, Pixelový detektor, Čtecí rozhraní, Zpracování dat, Zpracování signálů, Detektor, Kalibrace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 10. 2015

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics