Difference between revisions of "Detektor"
Jump to navigation
Jump to search
(Created page with "The current detector design is based on a plastic scintillator, wrapped in different types of foil, and a Silicon Photomultiplier for the collection of scintillation light. In...") |
|||
| (12 intermediate revisions by 2 users not shown) | |||
| Line 1: | Line 1: | ||
| − | + | Das derzeitige Detektordesign basiert auf einem Kunststoff-Szintillator, der in verschiedene Arten von Folien eingewickelt ist, und einem Silizium-Photomultiplier für die Sammlung des Szintillationslichts. In diesem Artikel wird der Aufbau eines Detektormoduls erläutert. | |
__TOC__ | __TOC__ | ||
| − | = | + | = Wie der Detektor funktioniert = |
| − | + | Einfaches Arbeitsprinzip auf der Basis des Szintillators und der SiPM-Seite, die in einen Zusammenhang mit unserem Projekt gebracht wird. | |
| − | = | + | = Wie man einen Myonendetektor baut = |
| − | == | + | == Materialliste == |
| − | + | Unabhängig von der Größe und Form des Szintillators werden zum Bau eines Szintillator-Detektors die folgenden Materialien und Werkzeuge verwendet: | |
| − | [[File:Detector Assembly 001.jpg|thumb| | + | [[File:Detector Assembly 001.jpg|thumb|Vollständig verpackte Detektoren mit Etikett]] |
| − | * Kapton | + | * Kapton-Schablone |
| − | * Teflon | + | * Teflon Folie |
| − | * | + | * Aluminium Folie |
| − | * | + | * Reflektierende Folie |
| − | * | + | * Schwarzes Tape |
| − | * Pond liner ( | + | * Pond liner (dicke schwarze Folie) |
| − | * | + | * Optisches Fett |
| − | * | + | * Szintillator |
| − | * | + | * Silizium-Photomultiplier (SiPM) auf PCB-Chip |
| − | * | + | * Vorverstärker |
| − | * | + | * Skalpell |
| − | * | + | * Schere |
| − | * | + | * Pinzette |
| − | == | + | == Montage-Schritte == |
| + | # '''Schneiden des Szintillators:''' Im Fall für die MuonPi-Detektoren werden die Szintillatoren als Platten von 10x250x250 mm^3 geliefert. Abhängig von der [[#Detektorgeometrie|gewünschten Geometrie]] werden die Szintillatoren mit einer Kreissäge auf das Design zugeschnitten. Anschließend werden alle Kanten poliert. | ||
| + | # '''Schneiden der Kapton-Schablone:''' Die Schablone wird als Schablone und Träger für das Schneiden der dünnen Teflon- und Aluminiumfolie verwendet. Sie wird normalerweise in der gleichen Grundform wie der Szintillator geschnitten, jedoch etwas größer, um die Kanten des Szintillators aufzunehmen. Die Schablone ist wiederverwendbar und muss nur einmal angefertigt werden. | ||
| + | # '''Schneiden und Einwickeln der Teflonfolie:''' Die dünne Lage Teflonfolie wird abgerollt und auf der Schablone ausgelegt, wobei alle Falten sorgfältig entfernt werden. Geführt von den Konturen der Schablone wird die Teflonfolie mit einem scharfen Skalpell geschnitten. Je nach gewünschter Dicke des Teflons auf dem Szintillator wird dieser Schritt mehrmals wiederholt. Zum Schluss wird der Szintillator mit der Oberseite mittig auf den Teflonausschnitt gelegt und das überschüssige Teflon vorsichtig nach oben gefaltet, um die Kanten des Szintillators zu bedecken. Nun kann der Szintillator umgedreht werden, so dass die Oberseite nach unten zeigt, und die Schablone wird vorsichtig entfernt. Um die andere Seite abzudecken, wird dieser Schritt wiederholt. | ||
| + | # '''Schneiden und Umwickeln der Aluminiumfolie:''' Die Aluminiumfolie wird unter Verwendung der Schablone vorbereitet und in ähnlicher Weise auf dem Szintillator befestigt. Die Folie wird mit reflektierendem Klebeband fixiert. | ||
| + | # '''Schneiden und Verkleben des Pond liner:''' Eine Schicht dicker Folie wird verwendet, um beide Seiten des Szintillators abzudecken. Dazu wird die Grundform des Szintillators zum Schneiden der Folie verwendet. Mit doppelseitigem Klebeband wird die Folie auf beide Flächen geklebt. | ||
| + | # '''Abkleben der Ränder:''' Mit schwarzem Klebeband werden alle noch nicht abgedeckten Stellen des Szintillators außer den Lichtsammelflächen abgedeckt. Nun ist der Szintillator bereit, mit dem Fotodetektor gekoppelt zu werden. | ||
| + | # '''Anbringen des SiPM:''' Das auf seinem PCB-Chip sitzende und mit einer Reflexionsmaske ausgestattete SiPM wird mit einer kleinen Menge optischen Fetts bedeckt und gegen die Lichtsammelfläche gedrückt. Unter Beibehaltung des Drucks wird der Chip mit schwarzem Klebeband auf dem Szintillator fixiert. Da der Vorverstärker und das SiPM modular aufgebaut sind, kann der Vorverstärkerchip auf den SiPM-Chip aufgesteckt werden. | ||
| + | <gallery mode="packed-hover"> | ||
| + | Detector_Assembly_002.jpg|Kapton-Schablone und Werkzeuge | ||
| + | Detector_Assembly_003.jpg|Teflonfolie auf Schablone skizziert | ||
| + | Detector_Assembly_004.jpg|Vorbereitete Aluminiumfolie für die Montage | ||
| + | Detector_Assembly_005.jpg|Beide Folientypen mit reflektierendem Band befestigt | ||
| + | Detector_Assembly_006.jpg|Eine Schicht Pond Folie hinzugefügt | ||
| + | </gallery> | ||
| + | Wir haben ein '''Zeitraffer Video des vollständigen Zusammenbaus''' [https://www.youtube.com/watch?v=7_O-eDJvdJU hier] auf YouTube. | ||
| + | |||
| + | = Detektor-Spezifikationen = | ||
| + | Unsere Detektoren sind in vielen verschiedenen Geometrien und Konfigurationen erhältlich. | ||
| + | == Geometrie des Detektors == | ||
| + | Aus den von unserem Lieferanten gelieferten Rohszintillatorplatten des Typs EJ-248M können mehrere verschiedene Detektorgeometrien aufgebaut werden [https://eljentechnology.com/products/plastic-scintillators Eljen]. Die ungeschnittenen Szintillatorplatten haben eine Abmessung von 10x250x250 mm^3 (??). Zusätzlich recyceln wir ehemalige sechseckige "Veto"-Plastikszintillatoren aus dem TAPS-Detektor des [https://wwwa2.kph.uni-mainz.de/a2detector-system/ A2-Detektorsystems] | ||
| + | === Das Original === | ||
| + | Die ursprüngliche Detektorgeometrie wurde gewählt, um die Lichtsammeleffizienz zu maximieren und gleichzeitig eine große Fläche für eine hohe Myonenzählrate zu haben. Diese Geometrie wurde sowohl experimentell bestimmt, <ref>L. Nies, ''Development of a SiPM-based readout-module for the characterization of various scintillation materials'', (University of Giessen, Bachelor Thesis, August 2017), [https://www.uni-giessen.de/fbz/fb07/fachgebiete/physik/institute/iipi/arbeitsgruppen/ag-brinkmann/forschung/theses/Nies_Lukas_BSc_Thesis_SiPM.pdf link]</ref> sowie theoretisch <ref>S. Peter, ''Simulation of Cosmic Air Showers and Simulation Studies for the Geometry Optimization of a Scintillation Detector'', (University of Giessen, Bachelor Thesis, September 2019), [https://www.uni-giessen.de/fbz/fb07/fachgebiete/physik/institute/iipi/arbeitsgruppen/ag-brinkmann/forschung/theses/Bachelor_Sven_Peter.pdf link]</ref> um die beste Leistung für eine gegebene Detektoroberfläche zu erzielen. | ||
| + | |||
| + | === Der kleine Kerl === | ||
| + | |||
| + | Der U-BLOX-Chip kann nur einer begrenzten Anzahl von Ereignissen pro Sekunde genaue Zeitstempel zuordnen. Ein hoher Myonenfluss kann zu einer großen Totzeit führen (Zeitintervall, in dem der Detektor "blind" für Ereignisse ist). Mit dem Detektor vom Typ Original haben wir derzeit (HAT Version 3.1) eine Totzeit von 20 bis 30 %, je nach Schwellenwert. In der Praxis bedeutet dies, dass wir etwa ein Drittel aller Ereignisse verlieren. Aus wirtschaftlicher Sicht ist es sinnvoll, den Detektor zu verkleinern, um den Myonenfluss zu reduzieren und damit die Totzeit zu verringern. Die Halbierung des Originals trägt dazu bei, den Detektor effizienter zu machen und führt zu einem Totzeitfaktor von etwa 10%. | ||
| + | |||
| + | === Der übrig Gebliebene (Hexa-Detektor) === | ||
| + | |||
| + | Durch die Wiederverwendung der "Veto"-Plastikszintillatoren des TAPS-Detektors haben wir einen ausgezeichneten kleinen und vielseitigen Detektor für die Messung kosmischer Myonen. Er ist deutlich kleiner als der Standarddetektor, und die Totzeit des Detektors (ungefähr Faktor 5%) stellt kein Problem dar. | ||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
<gallery mode="packed-hover"> | <gallery mode="packed-hover"> | ||
| − | + | scintillator_original_geometry.png|Original Geometrie | |
| − | + | scintillator_original_half_geometry.png|Original Halbierte Geometrie | |
| − | + | scintillator_hex_geometry.png|Hexa Geometrie | |
| − | |||
| − | |||
</gallery> | </gallery> | ||
| − | = | + | == Detektor Label == |
| − | + | [[File:Detector_label.png|thumb|Label für den Detektor.]] | |
| − | + | ||
| − | + | Die Detektoren sind mit einem Etikett versehen, damit sie nach der Montage ordnungsgemäß dokumentiert werden können. Auf dem Etikett sind die folgenden Informationen über den Detektor vermerkt: | |
| − | + | ||
| − | [[File: | + | *Die Seriennummer (SN) des Detektors für die Nachverfolgung |
| − | + | *Das Szintillator Material | |
| − | + | *Der Typ des SiPM Photosensors | |
| − | + | *Wie der SiPM Sensor konfiguriert ist. Für die Auslese mehrerer SiPMs gibt es mehrere mögliche Konfigurationen, z. B. parallel, seriell oder hybrid. | |
| − | + | *Die Betriebsspannung (reverse bias), mit der der Detektor getestet wurde. | |
| − | + | *Datum des Zusammenbaus und Unterschrift der montierenden Person | |
| − | = | + | = Referenzen = |
<references /> | <references /> | ||
Latest revision as of 11:18, 4 November 2021
Das derzeitige Detektordesign basiert auf einem Kunststoff-Szintillator, der in verschiedene Arten von Folien eingewickelt ist, und einem Silizium-Photomultiplier für die Sammlung des Szintillationslichts. In diesem Artikel wird der Aufbau eines Detektormoduls erläutert.
Contents
Wie der Detektor funktioniert
Einfaches Arbeitsprinzip auf der Basis des Szintillators und der SiPM-Seite, die in einen Zusammenhang mit unserem Projekt gebracht wird.
Wie man einen Myonendetektor baut
Materialliste
Unabhängig von der Größe und Form des Szintillators werden zum Bau eines Szintillator-Detektors die folgenden Materialien und Werkzeuge verwendet:
- Kapton-Schablone
- Teflon Folie
- Aluminium Folie
- Reflektierende Folie
- Schwarzes Tape
- Pond liner (dicke schwarze Folie)
- Optisches Fett
- Szintillator
- Silizium-Photomultiplier (SiPM) auf PCB-Chip
- Vorverstärker
- Skalpell
- Schere
- Pinzette
Montage-Schritte
- Schneiden des Szintillators: Im Fall für die MuonPi-Detektoren werden die Szintillatoren als Platten von 10x250x250 mm^3 geliefert. Abhängig von der gewünschten Geometrie werden die Szintillatoren mit einer Kreissäge auf das Design zugeschnitten. Anschließend werden alle Kanten poliert.
- Schneiden der Kapton-Schablone: Die Schablone wird als Schablone und Träger für das Schneiden der dünnen Teflon- und Aluminiumfolie verwendet. Sie wird normalerweise in der gleichen Grundform wie der Szintillator geschnitten, jedoch etwas größer, um die Kanten des Szintillators aufzunehmen. Die Schablone ist wiederverwendbar und muss nur einmal angefertigt werden.
- Schneiden und Einwickeln der Teflonfolie: Die dünne Lage Teflonfolie wird abgerollt und auf der Schablone ausgelegt, wobei alle Falten sorgfältig entfernt werden. Geführt von den Konturen der Schablone wird die Teflonfolie mit einem scharfen Skalpell geschnitten. Je nach gewünschter Dicke des Teflons auf dem Szintillator wird dieser Schritt mehrmals wiederholt. Zum Schluss wird der Szintillator mit der Oberseite mittig auf den Teflonausschnitt gelegt und das überschüssige Teflon vorsichtig nach oben gefaltet, um die Kanten des Szintillators zu bedecken. Nun kann der Szintillator umgedreht werden, so dass die Oberseite nach unten zeigt, und die Schablone wird vorsichtig entfernt. Um die andere Seite abzudecken, wird dieser Schritt wiederholt.
- Schneiden und Umwickeln der Aluminiumfolie: Die Aluminiumfolie wird unter Verwendung der Schablone vorbereitet und in ähnlicher Weise auf dem Szintillator befestigt. Die Folie wird mit reflektierendem Klebeband fixiert.
- Schneiden und Verkleben des Pond liner: Eine Schicht dicker Folie wird verwendet, um beide Seiten des Szintillators abzudecken. Dazu wird die Grundform des Szintillators zum Schneiden der Folie verwendet. Mit doppelseitigem Klebeband wird die Folie auf beide Flächen geklebt.
- Abkleben der Ränder: Mit schwarzem Klebeband werden alle noch nicht abgedeckten Stellen des Szintillators außer den Lichtsammelflächen abgedeckt. Nun ist der Szintillator bereit, mit dem Fotodetektor gekoppelt zu werden.
- Anbringen des SiPM: Das auf seinem PCB-Chip sitzende und mit einer Reflexionsmaske ausgestattete SiPM wird mit einer kleinen Menge optischen Fetts bedeckt und gegen die Lichtsammelfläche gedrückt. Unter Beibehaltung des Drucks wird der Chip mit schwarzem Klebeband auf dem Szintillator fixiert. Da der Vorverstärker und das SiPM modular aufgebaut sind, kann der Vorverstärkerchip auf den SiPM-Chip aufgesteckt werden.
Kapton-Schablone und Werkzeuge
Teflonfolie auf Schablone skizziert
Vorbereitete Aluminiumfolie für die Montage
Beide Folientypen mit reflektierendem Band befestigt
Eine Schicht Pond Folie hinzugefügt
Wir haben ein Zeitraffer Video des vollständigen Zusammenbaus hier auf YouTube.
Detektor-Spezifikationen
Unsere Detektoren sind in vielen verschiedenen Geometrien und Konfigurationen erhältlich.
Geometrie des Detektors
Aus den von unserem Lieferanten gelieferten Rohszintillatorplatten des Typs EJ-248M können mehrere verschiedene Detektorgeometrien aufgebaut werden Eljen. Die ungeschnittenen Szintillatorplatten haben eine Abmessung von 10x250x250 mm^3 (??). Zusätzlich recyceln wir ehemalige sechseckige "Veto"-Plastikszintillatoren aus dem TAPS-Detektor des A2-Detektorsystems
Das Original
Die ursprüngliche Detektorgeometrie wurde gewählt, um die Lichtsammeleffizienz zu maximieren und gleichzeitig eine große Fläche für eine hohe Myonenzählrate zu haben. Diese Geometrie wurde sowohl experimentell bestimmt, [1] sowie theoretisch [2] um die beste Leistung für eine gegebene Detektoroberfläche zu erzielen.
Der kleine Kerl
Der U-BLOX-Chip kann nur einer begrenzten Anzahl von Ereignissen pro Sekunde genaue Zeitstempel zuordnen. Ein hoher Myonenfluss kann zu einer großen Totzeit führen (Zeitintervall, in dem der Detektor "blind" für Ereignisse ist). Mit dem Detektor vom Typ Original haben wir derzeit (HAT Version 3.1) eine Totzeit von 20 bis 30 %, je nach Schwellenwert. In der Praxis bedeutet dies, dass wir etwa ein Drittel aller Ereignisse verlieren. Aus wirtschaftlicher Sicht ist es sinnvoll, den Detektor zu verkleinern, um den Myonenfluss zu reduzieren und damit die Totzeit zu verringern. Die Halbierung des Originals trägt dazu bei, den Detektor effizienter zu machen und führt zu einem Totzeitfaktor von etwa 10%.
Der übrig Gebliebene (Hexa-Detektor)
Durch die Wiederverwendung der "Veto"-Plastikszintillatoren des TAPS-Detektors haben wir einen ausgezeichneten kleinen und vielseitigen Detektor für die Messung kosmischer Myonen. Er ist deutlich kleiner als der Standarddetektor, und die Totzeit des Detektors (ungefähr Faktor 5%) stellt kein Problem dar.
Original Geometrie
Original Halbierte Geometrie
Hexa Geometrie
Detektor Label
Die Detektoren sind mit einem Etikett versehen, damit sie nach der Montage ordnungsgemäß dokumentiert werden können. Auf dem Etikett sind die folgenden Informationen über den Detektor vermerkt:
- Die Seriennummer (SN) des Detektors für die Nachverfolgung
- Das Szintillator Material
- Der Typ des SiPM Photosensors
- Wie der SiPM Sensor konfiguriert ist. Für die Auslese mehrerer SiPMs gibt es mehrere mögliche Konfigurationen, z. B. parallel, seriell oder hybrid.
- Die Betriebsspannung (reverse bias), mit der der Detektor getestet wurde.
- Datum des Zusammenbaus und Unterschrift der montierenden Person
Referenzen
- ↑ L. Nies, Development of a SiPM-based readout-module for the characterization of various scintillation materials, (University of Giessen, Bachelor Thesis, August 2017), link
- ↑ S. Peter, Simulation of Cosmic Air Showers and Simulation Studies for the Geometry Optimization of a Scintillation Detector, (University of Giessen, Bachelor Thesis, September 2019), link
