Referat über Fotovervielfacher und Anwe.
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Laborbericht Kai Tittelmeier Hans J. Barrenscheen Stabilisierung von Szintillationsdetektoren Stand 30.03.2003 1 Laborbericht Kai Tittelmeier, Hans J. Barrenscheen Stabilisierung von Szintillationsdetektoren Kontakt: Kai Tittelmeier Labor 6.42 Physikalisch Technische Bundesallee Bundesallee 100 D-38116 Braunschweig Tel: +49531/952-7527 Fax: +49531/ 952-7205 e-mail: [email protected] 1.Ausgabe 2003 2 1 ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................................................................................... 4 2 EINLEITUNG........................................................................................................................................................... 5 3 FUNKTIONSWEISE EINES PHOTOMULTIPLIERS ....................................................................................... 6 3.1 3.2 3.3 DIE FOTOEMISSION .............................................................................................................................................. 7 DIE SEKUNDÄREMISSION ..................................................................................................................................... 7 STÖRGRÖßEN ....................................................................................................................................................... 8 4 ANFORDERUNGEN AN DIE STABILITÄT DER VERSTÄRKUNG.............................................................. 9 5 DAS PRINZIP DER STABILISIERUNGSEINHEIT......................................................................................... 10 6 DIE KOMPONENTEN .......................................................................................................................................... 12 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 PHOTOMULTIPLIERGEHÄUSE.............................................................................................................................. 13 LED-TREIBERPLATINE ...................................................................................................................................... 13 LED - PULSERPLATINE ...................................................................................................................................... 13 HOCHSPANNUNGSTEILER ................................................................................................................................... 13 PMT - STABILISIERUNG .................................................................................................................................... 14 REFERENZSPANNUNGSQUELLE .......................................................................................................................... 14 SPANNUNGSMESSGERÄT (HV-DISPLAY) ........................................................................................................... 14 7 FUNKTION DER STABILISIERUNG ................................................................................................................ 15 8 MESSUNGEN UND GRUNDEINSTELLUNGEN ............................................................................................. 18 8.1 8.2 8.3 9 HOCHSPANNUNGSTEILER ................................................................................................................................... 18 INTERNE SIGNALEINSTELLUNGEN IM PMT – STABILISIERUNGS MODUL ........................................................... 21 EINSTELLUNGEN UND MESSUNGEN AUF DER LED - TREIBERPLATINE .............................................................. 24 INBETRIEBNAHME DER STABILISIERUNG ................................................................................................ 27 10 10.1 10.2 ANHANG ............................................................................................................................................................ 29 MONTAGEHINWEISE .......................................................................................................................................... 29 KABELVERBINDUNGEN ...................................................................................................................................... 30 11 LITERATURVERZEICHNIS........................................................................................................................... 32 12 DANKSAGUNG ................................................................................................................................................. 32 3 1 Zusammenfassung Szintillationsdetektoren werden in der PTB im Bereich der Neutronen-, Photonen und IonenMeßeinrichtungen sehr häufig eingesetzt. Die Stabilisierungseinheit mit integrierter Temperaturüberwachung erlaubt es, die temperaturabhängige Verstärkungsdrift eines 0 0 Szintillationsdetektors im Temperaturbereich zwischen 5 und 40 Grad Celsius auf weniger als 0,5% zu stabilisieren. Die PMT-Stabilisierung regelt Hochspannungen von bis zu 3 KV in beiden Polaritäten im Bereich von ±40 V. Auch lastabhängige Driften mit Zeitkonstanten <1s werden ausgeregelt und auf weniger als 1% beschränkt. Der Bericht beschreibt die Funktionsweise der Stabilisierung und enthält einen Leitfaden für ihre Justierung und Inbetriebnahme. 4 2 Einleitung Ein Szintillationsdetektor besteht aus einem Szintillator, einem Lichtleiter und einem Photomultiplier (PM) (Abb.1). Bei dem Szintillationseffekt handelt es sich um die Erscheinung, dass in bestimmten Kristallen, Flüssigkeiten und Edelgasen unter Einwirkung ionisierender Strahlung eine sehr große Zahl von Atomen anregt werden, die dann Photonen emittieren und sehr kurze, schwache Lichtblitze erzeugen. Dieses Licht kann durch einen Photomultiplier in elektrische Signale umgesetzt und gemessen werden. Die Lichtintensität und damit die Impulshöhe ist dabei nahezu proportional der durch die Strahlung deponierten Energie im Szintillationskristall. Abb.1: Die gesamte Anordnung, bestehend aus Szintillator (S), Lichtleiter (L), Photomultiplier (PM) mit der Photokathode (P) und einer Meßelektronik (E). Das elektrische Signal (SI) wird von der Dynode oder Anode zur Meßelektronik geführt. Das von der ionisierenden Strahlung im Szintillator erzeugte Licht trifft auf die Photokathode, in der es Elektronen aus der Oberfläche löst. Die Fotoelektronen werden in einem elektrischen Feld zur ersten Dynode beschleunigt und erzeugen dort beim Aufprall neue Elektronen. Bei ausreichend hoher Aufprallenergie übersteigt die Zahl dieser Sekundärelektronen die der auftreffenden Elektronen. Dieser Prozess der Elektronenvervielfachung durch Stoßionisation an einer Dynodenelektrode setzt sich nun von Dynode zu Dynode fort und löst einen Lawineneffekt in der Zahl der Ladungsträger aus. In diesem Bereich der Ladungsmultiplikation wirken sich Störgrößen (Temperaturschwankungen, äußere Magnetfelder, Zählratenbelastung) aus, die es durch äußere Maßnahmen zu kompensieren gilt. Dafür wurde eine LED-Stabilisierung mit integrierter Temperaturüberwachung entwickelt, mit der es möglich ist, Verstärkungsschwankungen des gesamten Meßkopfes im Temperaturbereich zwischen 50 und 400 C auf weniger als 0,5% zu begrenzen. Weiterhin können zählratenabhängige Verstärkungsschwankungen mit Zeitkonstanten <1 s ausgeregelt und auf weniger als 1% beschränkt werden [1]. So können die für Präzisionsmessungen erforderlichen konstanten Zusammenhänge zwischen der im Szintillator 5 deponierten Energie und der beobachteten Pulshöhe gewährleistet werden. Die Stabilisierungseinheit wurde bis zur serienreifen Produktion entwickelt. In diesem Laborbericht werden die Module des Systems beschrieben. Im ersten Teil wird die Funktionsweise eines Photomultipliers und die Auswirkungen der Störgrößen beschrieben. Danach wird auf grundlegende Einstellungs- und Justierarbeiten eingegangen, sowie die Inbetriebnahme des gesamten Systems beschrieben. Im Anhang befinden sich Montagehinweise, Kabelverbindungspläne, Schaltpläne, Frontplattenlayouts und diverse Detailinformationen der Stabilisierungseinheit. 3 Funktionsweise eines Photomultipliers Ein Photomultiplier besteht aus einer Hochvakuumröhre, in der eine Fotokathode und ein Sekundärelektronenvervielfacher untergebracht sind. Abb. 2 zeigt die wesentlichen Komponenten. In der Photokathode werden die auftreffenden Photonen in Elektronen konvertiert (sog. photoinduzierte Elektronenemission oder einfach Photoemission). Diese Photoelektronen werden über ein elektronenoptisches Eingangssystem auf die Sekundäremissionselektroden (Dynoden) fokussiert. Den Abschluß bildet die Anode. Das Dynodensystem mit dem Hochspannungsteiler bildet einen extrem rauscharmen und breitbandigen Verstärker. Im Photomultiplier führen vier verschiedene Prozesse zur Emissionen von Elektronen: - Fotoemission Sekundäremission thermische Emission Feldemission Abb.2: Ein Fotomultiplier im Schnitt Neben Fotoemission und Elektronenstoßionisation an den Dynoden treten als Störeffekte thermische Emission von Elektronen aus der Photokathode und Feldemission auf [2], auf die im Abschnitt 2.3 noch eingegangen wird. 6 3.1 Die Fotoemission Treffen Lichtquanten mit ausreichender Energie auf die Fotokathode, können Elektronen erzeugt werden, die in der Lage sind die Potentialschwelle der Festkörperoberfläche zu überwinden und somit die Kathode zu verlassen. Dadurch entsteht in dem evakuierten Raum an der Kathode eine Wolke freier Elektronen, die durch die Spannungsdifferenz zur ersten Dynoden abgesaugt wird. Es fließt ein Elektronenstrom zu der ersten Dynode. 3.2 Die Sekundäremission Prallen die aus der Kathode kommenden Elektronen mit hoher Energie auf die erste Dynode, werden wieder Elektronen von ihrer Oberfläche freigegeben - vorausgesetzt, die übertragende Energie ist größer als das Austrittspotential der Dynode (Abb.3). Die einfallenden Elektronen nennt man Primärelektronen und die durch sie herausgelösten Elektronen Sekundärelektronen. Bei ausreichend hoher Primärelektronenenergie erzeugen aufprallende Elektron mehrere Sekundärelektronen. Die Elektronen wandern unter dem Einfluß eines hohen elektrischen Feldes so von Dynode zu Dynode, und ihre Anzahl wird an jeder Dynode entsprechend dem Sekundäremissionsfaktor, der sich aus dem Verhältnis der Zahl der Sekundär- zu der der Primärelektronen ergibt, vervielfacht. Üblich sind 8-12 Dynoden mit jeweils 5-8 Sekundärelektronen die eine Verstärkung von 106 bis 108 ermöglichen. Abb.3: Die aus der Fotokathode (P) herausgeschlagenen Elektronen werden zur ersten Dynode beschleunigt und lösen in der Dynodenleiter einen Lawineneffekt aus. 7 3.3 Störgrößen Die Störgrößen setzten sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Zum einem fließt ein sogenannter Dunkelstrom, der durch thermisch ausgelöste Photoelektronen aus der Photokathode und aus den ersten Dynoden hervorgerufen wird. Diese zufällig ausgelösten Elektronen erzeugen an der Anode einen Strom mit statistischer Verteilung der verstärkten Signale einzelner Photoelektronen. Dies zeigt sich im Rauschuntergrund, den der Photomultiplier aufweist. Die Emissionsfläche sollte deshalb nie größer gewählt werden, als es für die Anwendung notwendig ist. Der durch den Photomultiplier fließende Strom wird extern über die Dynodenanschlüsse zugeführt (siehe Schaltplan 10.3.3) – üblicherweise durch eine Widerstandskette, deren Querstrom ca 10 mal über dem maximal fließenden Dynodenstrom liegen sollte. Hohe Dynodenströme führen zu einem Spannungsabfall an den Dynoden und damit zu einer Verstärkungsänderung. Kondensatoren an den hinteren Dynoden sollen diesen Effekt kompensieren und die Spannungen an den Dynoden konstant halten. Bei hohen Zählraten sehen die schnell aufeinander folgenden Elektronen noch die vorlaufenden Elektronen an der nächsten Dynode. Dadurch wird die Spannung an den Dynoden z.T. abgeschirmt und die Verstärkung reduziert. Dieser Effekt ist durch äussere Maßnahmen nicht zu kompensieren und kann nur durch Reduktion der Verstärkung oder Verzicht auf die hinteren Dynoden ggf reduziert werden. Die Verstärkung des Gesamtsystems (Szintillator und Photomultiplier) ändert sich um bis zu 5% bei Variation der Umgebungstemperatur von 100 C auf 350 C. Durch Alterung des Dynodenmaterials unter dem ständigen Elektronenbeschuß ändert sich der Sekundäremissionsfaktor. Daraus ergeben sich zusätzliche Verstärkungsänderungen [1]. Bei allen rein elektrostatisch fokussierenden Photovervielfachern verursachen äußere Magnetfelder eine Störung, da sie die Elektronen von ihren Bahnen ablenken. Ein magnetisches Fremdfeld stört hauptsächlich in dem Raum zwischen der Photokathode und der ersten Dynode, weil die Elektronen dort eine relativ niedrige Geschwindigkeit besitzen und der Abstand zwischen der Kathode und der ersten Dynode groß ist. Um diese Einwirkungen abzuschirmen, wird ein Zylinder aus µ-Metal um den Photovervielfacher gesetzt, der das Potential der Kathodenspannung hat. Mit ihm wird im wesentlichen der Einfluß des Erdmagnetfeldes kompensiert. Zusätzlich einwirkende Magnetfelder können mit Weicheisen abgeschirmt werden [3], [5]. 8 4 Anforderungen an die Stabilität der Verstärkung Die temperaturabhängige Verstärkungsdrift des gesamten Detektors soll in dem erlaubten Temperaturbereich zwischen 50 und 400 Grad Celsius kleiner als 0,5% sein. Zudem sollen lastabhängige Driften mit Zeitkonstanten <1s ausgeregelt und auf weniger als 1% beschränkt werden. Ausserdem soll eine befriedigende Langzeitstabilität (Drift ±1%/Monat) erreicht werden. Diese Anforderungen werden durch die Regelung der Hochspannung erreicht. Aufgrund der nichtliniaren Abhängigkeit der Verstärgung V von der Hochspannung U ergeben sich schon bei kleinen Änderungen der Hochspannung U große Änderungen in der Verstärkung. Beispiel: bei einem 10 stufigen PMT gilt für die Verstärkung V V = c ⋅ U 10 mit einem Propotionalitätsfaktor c. Für die Änderung der Verstärkung bei Variation der Hochspannung ergibt sich: dV = 10 ⋅ c ⋅ U 9 dU Die relative Änderung der Verstärkung ist dann: dV dU = 10 ⋅ V U Eine vorgegebene maximal zulässige Verstärkungsänderung von 0,5% erfordert also eine Regelung der Hochspannung kleiner 0,05%. dV dU ≤ 0,5% ⇒ ≤ 0,05% V U Um den Detektor in einem Temperaturbereich von 50 bis 400 Grad Celsius stabilisieren zu können, wird ein Regelbereich von ±40 V benötigt. Bei einer Hochspannung von 2 kV können damit Verstärkungsänderungen von bis zu ±20% ausgeregelt werden [1]. 9 5 Das Prinzip der Stabilisierungseinheit Um Temperaturschwankungen von z.B. 250 auf 150 Grad Celsius (Tag / Nacht Unterschied) zu kompensieren, wurde in der PTB diese LED-Stabilisierung mit integrierter Temperaturüberwachung entwickelt. Als Beispiel wird im Folgenden der Einsatz der Stabilisierung mit einem Photomultiplier der Firma Phillips vom Typ XP2020 und einem flüssigen Szintillator der Firma BICRON (2MA-1F4BC501) beschrieben. Dieser Photomultiplier ist ein linearfokussierender Photomultiplier mit 12 Dynoden und semitransparenter „Front-Window“ Photokathode. Die Stabilisierung besteht aus der LEDPulserplatine, der LED-Treiberplatine, dem Referenzspannungsmodul, der Hochspannungsregelung und dem Stabilisierungsmodul (siehe Kapitel 6). Das Licht der LED wird mit einem Normpuls zusammen mit dem Nutzlicht vom Szintillator auf die Photokathode eingestrahlt. Aus dem sich statistisch abwechselnden Signalen des Szintillators (Messsignal) und des Referenzlichtes (LEDSignal) der Dynode 9 wird nun mit dem Stabilisierungsmodul über eine Koinzidenzlogik das LEDSignal herausgefiltert und daraus die Stellgröße ermittelt. Diese Stellgröße wird der Hochspannungsregelung zugeführt, die Hochspannungen bis ±3 kV im Regelbereich von ±40 V regelt. Die geregelte Hochspannung versorgt den Photomultiplier und erlaubt es so, langsame Verstärkungsdriften des gesamten Messkopfes mit Szintillator und Photomultiplier im Temperaturbereich zwischen 50 und 400 Grad Celsius auf weniger als 0,5% auszuregeln. In den Spektren (Abb.4), in denen die Häufigkeit der Ereignisse als Funktion der Pulshöhe aufgetragen sind, läßt sich der Unterschied zwischen der Messung mit und ohne Stabilisierung erkennen. In den beiden linken Spektren wurde keine Stabilisierung eingesetzt und eine Verschiebung des Spektrums ist gut zu beobachten (ca. 3%). Rechts hingegen ist das Spektrum stabil. 10 (a) 22 Na (b) LED (c) (d) Abb.4: Vergleich der Pulshöhenspektren (Prüfstrahler 22Na mit LED) bei verschiedenen Temperaturen mit und ohne Stabilisierung. Spektrum (a) und (c) sind ohne Stabilisierung aufgenommen wurden. Nach einer Temperaturänderung ist deutlich das Driften des gesamten Spektrums (c), das heißt Comptonkante und LED-Linie zu erkennen. Hingegen hat sich das mit dem stabilisierten Photomultiplier aufgenommene Spektrum (d) nach gleicher Temperaturänderung im Verhältnis zu Spektrum (b) nicht verschoben. 11 6 Die Komponenten Das gesamte Messsystem setzt sich aus der LED-Treiberplatine, der LED-Pulsung und dem Hochspannungsteiler zusammen, die im Photomultipiergehäuse angeordnet sind. Als NIM Module folgen die PMT-Stabilisierungseinheit, eine Referenzspannungsversorgung für die LEDTreiberplatine und eine Kombination aus ladungsintegrierendem Vorverstärker und pulsformendem Hauptverstärker. Für die Hochspannungsversorgung wird eine ±2500 Volt Hochspannungseinheit benötigt und ein Spannungsmeßgerät für die Kontrolle der geregelte Hochspannung (Abb.5). Abb.5: Die Komponenten im Überblick: LED-Treiber, LED-Pulsung und Hochspannungsteiler im Photomultipiergehäuse. NIM Module: PMTStabilisierungseinheit, Referenzspannungs- versorgung, Kombination Vor- und Hauptverstärker, sowie Hochspannungsversorgung und Spannungsmeßgerät (HVDisplay). 12 6.1 Photomultipliergehäuse Im Photomultipliergehäuse befindet sich der Messkopf, bestehend aus dem Szintillator, einem Lichtleiter und dem Photomultiplier mit dem Hochspannungsteiler. Neben diesen Elementen sind im Gehäuse auch noch die LED-Pulserplatine und die LED-Treiberplatine angeordnet. Im hinteren Bereich befinden sich die Ein- und Ausgänge für die Versorgungsspannungen und die Messsignale. Das Photomultipliergehäuse ist im vorderen Teil lichtdicht gegen den hinteren Elektronikbereich abgeschlossen. 6.2 LED-Treiberplatine Auf der LED-Treiberplatine, die in dem hinteren Teil des Photomultipliergehäuses integriert ist, wird das LED-Pulsersignal aufbereitet und die LED temperaturstabilisiert. Das Taktsignal der LED wird von der Stabilisierungseinheit an die Platine herangeführt. Über den neunpoligen D-Sub Stecker wird die Elektronik mit ±12V und einer einstellbaren Referenzspannung aus dem Referenzspannungsmodul versorgt. Ein „normales“ Vorverstärkerkabel nach NIM-Standard ist als Verbindungskabel zwischen Messkopf und Photomultiplier-Elektronik nicht geeignet, da zusätzlich zum Standardkabel die Referenzspannung über die Kontakte 3 und 5 übertragen wird! Bei den von den Firmen mitgelieferten, neunpoligen D-Sub Kabeln sind in der Regel jedoch nicht alle Kontakte verbunden, so dass eine Erweiterung nötig ist. 6.3 LED - Pulserplatine Die LED-Pulserplatine befindet sich im vorderen Bereich des Photomultipliergehäuses, direkt auf Höhe des Szintillators. Auf dieser Platine ist neben der LED, die eine konstante Lichtmenge abgibt, auch der Temperatursensor S1 angeordnet. Der Temperatursensor kompensiert über die Komparatorschaltung auf der LED-Treiberplatine die Temperaturschwankungen im Meßkopf und hält so die Lichtabgabe der LED konstant. Die Spannungsversorgung der LED-Pulser- und Treiberplatine erfolgt über ein spezielles neunpoliges D-Sub Kabel (kein normales Vorverstärkerkabel!), bei dem alle Pole verbunden sind. 6.4 Hochspannungsteiler Die Speisung der Dynoden des Photomultipliers erfolgt über eine stabilisierte Gleichspannung, die über den Hochspannungsteiler die Dynoden erreicht. Es wird mit einer negativen Hochspannung 13 gearbeitet, wobei die Anode über den Arbeitswiderstand (50Ω) an Masse liegt. Bei der beschriebenen Anordnung wird das Widerstandsnetzwerk in den hinteren Teil des Photomultipliergehäuses gelegt, um die am Teiler umgesetzte Wärme vom Photomultiplier fern zu halten. Eine Wärmeabstrahlung auf den Photomultiplier hätte eine Erhöhung der thermischen Emission zur Folge, was durch diese Anordnung vermieden wird. Weiterhin ist die Kabelführung so optimiert, daß größere Kabellängen vermieden wurden. 6.5 PMT - Stabilisierung Das PMT-Stabilisierungs Modul stellt das zentrale Gerät dar, in dem alle Signale zusammen laufen und die Hochspannung geregelt wird. In dem NIM-Modul der PMT-Stabilisierung befinden sich ein Hochspannungsteil und ein Niederspannungsteil. Im Niederspannungsteil wird der Systemtakt erzeugt, das Timing der gesamten Schaltung eingestellt und aus dem LED-Signal im Vergleich zur Führungsgröße (Referenzspannung) die Stellgröße erzeugt. Im Hochspannungsteil, der durch Optokoppler vom Niederspannungsteil entkoppelt ist, wird von der Stellgröße die Hochspannung für den Photomultiplier direkt geregelt. Mit dem ADJ / OPR–Schalter kann die Stabilisierungseinheit zwischen dem Adjust- und dem Operate - Mode umgeschaltet werden. Im ADJ – Mode wird die Regelung ausgeschaltet und eine feste Stellgröße an die Hochspannungsregelung geleitet. Das hat zur Folge, daß die Hochspannung nicht geregelt wird. Der OPR–Mode ist der Betriebsmodus und muß gewählt werden, wenn die Stabilisierung arbeiten soll. 6.6 Referenzspannungsquelle Die Referenzspannungsquelle befindet sich in einem eigenen NIM Modul. Sie versorgt die LEDTreiberplatine mit ±12V und einer einstellbaren Referenzspannung für die LED. Über ein Potentiometer kann mit diesem Modul die Amplitude des LED-Signals im Bereich von 0-1,4 V eingestellt werden. Die LED-Treiberplatine wird über das bereits beschriebene neunpolige D-Sub Kabel mit der Betriebs- und Referenzspannung versorgt. (siehe Abschnitt 6.3 LED-Pulserplatine) 6.7 Spannungsmessgerät (HV-Display) Das Modul des Hochspannungsmessgerätes arbeitet in zwei Messbereichen (0-2 kV und 0-7,5 kV) und zeigt die geregelte Hochspannung an, die den Messkopf versorgt. Dazu wird das Gerät in den Hochspannungszweig zwischen dem Ausgang der PMT-Stabilisierung (HV-OUT) und dem HVEingang des Photomultipliergehäuse (HV-IN) gesetzt. So kann der Verlauf der Hochspannung, die über den Spannungsteiler schließlich den Photomultiplier erreicht, verfolgt werden. 14 7 Funktion der Stabilisierung Anhand der Abb.6 und der nachfolgenden Beschreibung wird die Funktion der Stabilisierung und das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten erklärt. Zur Stabilisierung des Photomultipliers wird das LED-Referenzsignal benutzt. Die vom Stabilisierungsmodul angesteuerte und vom Referenzspannungsmodul versorgte LEDTreiberplatine regelt die Lichtemission der LED über den auf der LED-Pulserplatine befindlichen Temperatursensor S1. Die Temperaturschwankungen werden ausgeglichen, indem die Spule L1 auf der LED–Pulserplatine (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.2), die mit ihrer Induktionsspannung die LED versorgt, mit unterschiedlichen Stromstärken gespeist wird. Das temperaturstabilisierte, gepulste Licht der LED wird auf der LED-Pulserplatine in den Szintillator eingekoppelt und vom Photomultiplier mit dem Meßsignal verstärkt. Da das Verhältnis der Pulshöhen des Szintillators und der LED konstant ist (siehe Abb. 17), kann das LED-Signal zur Stabilisierung des Photomultipliers verwendet werden. Das Signal wird über den Lichtleiter zur Photokathode geleitet, in der Elektronen erzeugt werden, die dann alle Dynoden des Photomultipliers durchlaufen (Signallaufzeit ca. 300 – 450 ns). Das an der Dynode 9 abgenommene Signal (eigentliches Messsignal und LED-Referenzsignal) wird nach einer Verstärkung in den Diskriminator U6 über den Eingang LIN IN des PMT-Stabilisierungs Moduls eingespeist (Laufzeit der Signalaufbereitung ca. 3µs) . Hierbei wird bewußt die Dynode 9 zur Auskopplung des Mischsignals genommen, da an ihr noch eine gute Linearität des verstärkten Signals besteht (Raumladungseffekt vernachlässigbar). Das Signal der LED stellt in diesem Regelkreis die Regelgröße da. Übersteigt das LED - Signal die Diskriminatorschwelle und somit den Sollwert, der mit dem Potentionmeter [Disc] an der Frontplatte der Stabilisierungseinheit eingestellt wird, so gibt U6 einen Rechteckimpuls an U7 weiter, den man an DISC OUT abnehmen kann. Über U8 wird ein Zeitfenster für das D-Flipflop U7 eingestellt, das am WDW OUT anliegt. Nur die Impulse, die in diesem Zeitfenster liegen, werden für die Regelung berücksichtigt. Durch diesen Vorgang wird das LED-Signal ausgewählt. Fällt ein Diskriminatorsignal genau in dieses Fenster, so wird das Flipflop U7 gesetzt und die HV Korrekturspannung läuft hoch. Mit der ansteigenden Flanke des Fensters wird das Flipflop U7 wieder rückgesetzt. Kommt in diesem Fenster kein neues Diskriminatorsignal, so bleibt das Flipflop U7 rückgesetzt. Das Signal des Flipflops wirkt auf den Analogschalter U12, der die Integration von der Schaltung um U13 ansteuert. Kommt an U13 kein Signal an, sinkt die Spannung an U13. Der Spannungsverlauf CORRV wird durch Optokopler an den HV CORRECTOR übermittelt, um die beiden Kreise galvanisch zu trennen. Dies ist nötig, um Hochspannungskreis und Niederspannungskreis von einander zu trennen. Entsprechend der Ansteuerung steigt oder sinkt nun die Hochspannung am Photomultiplier. So werden die sich auf die Verstärkung auswirkenden Störeinflüsse ausgeregelt (siehe Spezifikation). 15 Abb.6: Blockdiagramm der PMT Stabilisierungseinheit mit Signalplan. 16 17 8 Messungen und Grundeinstellungen In diesem Kapitel werden die Grundeinstellungen erläutert, die vor dem ersten Betrieb einer neuen Stabilisierungseinheit vorgenommen werden sollten. Hierzu müssen alle Baugruppen angeschlossen werden, wie es in der Inbetriebnahme beschrieben wird. 8.1 Hochspannungsteiler Die Potentiale an den einzelnen Dynoden müssen vor der ersten Inbetriebnahme eines neuen Fotovervielfachers kontrolliert und eingestellt werden. Da es sich hier um eine Hochspannung im Bereich von 2000 V handelt, gilt besondere Vorsicht beim Umgang mit dem offenen Gerät wobei die Gefahr durch Wahl eines HV-Geräts mit hoher Ausgangsimpedanz minimiert werden kann. Das Störverhältnis eines Fotovervielfachers ist im wesentlichen von der Speise- bzw. Stufenspannung abhängig, deshalb müssen diese Werte exakt eingestellt und stabilisiert werden. Für die folgende Messreihe wurde der Fotovervielfacher mit einer Speisespannung von -2340 Volt betrieben. Die durchschnittliche Stufenspannung von Dynode 3 bis Dynode 9 beträgt 100 Volt. Um eine hohe Störfestigkeit und schnelle Zeitresponse zu erzielen wurde die Spannung zwischen der Kathode und der ersten Dynode um einen Faktor 4 größer gewählt (siehe Abb.7). Der Parallelzweig des Spannungsteilers zu den Dynoden 1-9 wurde für eine bessere Stromversorgung der Dynoden 10-12 gewählt (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.3). Bei hohen Zählraten werden besonders die letzten Dynoden stark belastet. Der hohe mittlere Strom würde die Dynoden 1-9 beeinträchtigen, würde er nicht im Parallelzweig heran geführt werden. Über die Potentiometer P1 und P2 auf der Spannungsteilerplatine im Photomultipliergehäuse (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.3) lassen sich die Spannung an der Focussierelektrode (siehe Abb.2) und das Potential der Dynode 2 einstellen. Für die Messung wurde eine Hochspannungsmeßspitze mit 1 GΩ Eingangsimpedanz und ein reguläres Multimeter verwendet. 18 PTB Labor 6.42 Meßprotokol der PMT Hochspannung PMT: 04 HV in: -2340V Pin 20 19 2 17 3 16 5 14 6 13 7 12 8 11 10 Datum: 04.09.98 Bezeichnung Kathode Fokus D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 Anode Meßwert -2161V -2046V -1758V -1618V -1452V -1352V -1252V -1152V -1052V -951V -850V -705V -554V -252V 0V Abb.7: Protokoll der Spannungsmessungen am PMT-Sockel. In Abb.8 ist der Anodenstrom als Funktion der Spannung Uf aufgetragen. Uf wurde zwischen der Fokussierelektrode und der Dynode 1 (siehe Abb.2) gemessen. Die Spannung ist mit dem Potentiometer P1 auf der Hochspannungsteilerplatine (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.3) so einzustellen, daß der maximale Anodenstrom erzielt wird. Ebenso muß die Spannung an Dynode 2 mit dem Potentiometer P2 auf der Hochspannungsteilerplatine (siehe Anhang, Schaltplan 9.3.3) eingestellt werden, um einen optimalen Elektronentransport zu erreichen. 19 Ia=f (Ud) -300 -280 -260 -240 -220 -200 -180 -160 Uf (V) Abb.8: Die Abhängigkeit des Anodenstroms von der Spannung der Fokussierelektrode. Uf gemessen zwischen der Fokussierelektrode und der Dynode 1. 20 8.2 Interne Signaleinstellungen im PMT – Stabilisierungs Modul Mit der internen Signaleinstellung werden das zeitliche Zusammenspiel der Stabilisierungseinheit abgestimmt und die einzelnen Messpunkte auf der Platine der Stabilisierungseinheit nacheinander eingestellt. Als Referenzsignal dient der Clock-Impuls, der im IC U9 der Stabilisierungseinheit generiert wird. Dieser TTL-Impuls stellt den Systemtakt dar und kann an TP4 auf der Platine gemessen werden (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.4). Er triggert das Gate, das Fenster (Window, WDW) und das Signal LED OUT direkt an. Zu ihm werden alle folgenden Signale ins Verhältnis gesetzt (Abb.6). Zur Einstellung des Gate-Signals wird das Oszilloskop auf die positive Flanke des am TP4 abgenommenen Clocksignals getriggert. Auf dem anderen Kanal des Oszilloskops liegt das GateSignal, das nun eingestellt wird. Über die auf der Fronplatte der PMT - Stabilisierungseinheit liegenden Potentiometer P10 und P11 (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.4) kann das Timing eingestellt werden. Mit dem Potentiometer P10 (DEL) stellen wir eine Zeitverzögerung (Delay) zwischen den positiven Flanken der beiden Signale von 3 µs ein. Und mit dem Potentiometer P11 (WTH) wird eine Signalbreite des Gate-Signals von 7 µs eingestellt (Abb.9). 3 µs 1 7 µs 2 1=G ate O UT (5V) 2 =C lock an TP4 (500m V) M 2,5µs Abb.9: Zur Einstellung des Gate-Signals auf eine Pulslänge von 7 µs und einem Delay auf die positiven Flanke des Clock-Signals von 3 µs. Kanal 1= Gate OUT (5V/Div.), Kanal 2=Clock an TP4 (500mV/Div.), Trigger auf Kanal 2 (positive Flanke), Zeitablenkung=2,5 µ s Das Gate-Signal dient zur Synchronisation von externer Elektronik, wie zum Beispiel eines Vielkanalsanalysators (MCA), der zur Spektrumaufnahme dem LIN-IN nachgeschaltet werden kann. Für die interne Signalverarbeitung muß nun das Fenster zur Selektion des LED Impulses eingestellt werden. Als Referenzsignal dient wieder der Clock-Impuls an TP4. Wenn das WDWSignal, welches an der Frontplatte am WDW-OUT anliegt, auf dem anderen Kanal des Oszilloskops 21 zusehen ist, kann das Timing mit den Potentiometern P8 und P9 eingestellt werden, die ebenfalls an der Frontplatte vorhanden sind. Die Einstellungen entsprechen denen des Gate-Signals, so daß wir auf ein Delay von 3 µs zwischen den positiven Flanken und einer Signalbreite von 7 µs kommen. Das eingestellte Fenster ermöglicht es, nur den von der LED erzeugten Impuls aus dem gesamten Spektrum der an Dynode 9 ankommenden Impulse herauszufiltern (Abb.6). Das nächste einzustellende Signal ist der LED OUT Impuls. Das LED OUT Signal wird ebenfalls vom Clock-Impuls getriggert. Seinerseits triggert es die Elektronik der LED-Treiberplatine und damit die LED selbst. Als erstes ist die Impulslänge einzustellen wozu auf dem Oszilloskop das LED OUT Signal und das LIN IN betrachtet wird. Für die Einstellung dient das Potentiometer P5, welches sich auf der Platine der Stabilisierungseinheit befindet (siehe Anhang, Schaltplan 9.3.4). Die Signalbreite von LED OUT ist so einzustellen (typischer Wert ca. 1,2 µs), daß die Amplitude des LIN IN Signals (also die Amplitude des LED-Signals), ein Maximum erreicht (Abb.10). Getriggert wird dabei auf das LED OUT Signal. 1 2 1=LIN IN (500m V) 2 =LED O UT (2V) M 2,5µs Abb.10: Einstellung des LED OUT Signals. Die Impulslänge von LED OUT so einstellen, dass sich ein Maximum des LIN In Signals ergibt. Kanal 1= LIN IN (500mV/Div.), Kanal 2=LED OUT (2V/Div.), Trigger auf Kanal 2, Zeitablenkung=2,5 µ s Um die weitere Einstellung des LED OUT Signals vorzunehmen, sollte das WDW-OUT Signal als Triggersignal auf einem Kanal des Osziloskopes und das LIN IN Signal auf dem anderen Kanal liegen. Über das Potentiometer P6, das ebenfalls auf der Platine liegt (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.4), läßt sich nun das Delay vom LED OUT zum Clocksignal einstellen, was indirekt über die Verschiebung des LIN IN Signals gesehen wird. Ziel ist es, das LIN IN Signal in die Mitte des WDW Signals zu legen (Abb.11). Dies ist nötig, da nur die Signale, die innerhalb dieses „Fensters“ liegen für die Stabilisierung (siehe auch Blockdiagramm Abb.6) berücksichtigt werden. 22 1 2 1=LIN IN (500m V) 2 =W D W O UT (5V)M 2,5µs Abb.11: Indirekte Einstellung des LED-OUT Signals. Mit dem Potentiometer P6 wird das Delay zum Clocksignal so eingestellt, das daß LIN IN Signal in der Mitte des WDW OUT Signals liegt. Kanal 1= LIN IN (500mV/Div.), Kanal 2=WDW OUT (5V/Div.), Trigger auf Kanal 2, Zeitablenkung=2,5 µ s Die Abb.12 zeigt eine Übersicht aller eingestellter Signale. 1 2 3 4 1=LIN O UT (1V) 2 =LED O UT (5V) 3=W D W O UT (5V) 4=C lock (500m V) M 2,5µs Abb.12: Übersicht der im Stabilisierungs-Modul eingestellten Signale. Kanal 1= LIN OUT (1V/Div.), Kanal 2=LED OUT (5V/Div.), Kanal 3=WDW OUT (5V/Div.), Kanal4=Clocksignal (500mV/Div.), Trigger auf Kanal 4, Zeitablenkung=2,5 µ s 23 8.3 Einstellungen und Messungen auf der LED - Treiberplatine Wie schon beschrieben (siehe Abschnitt 6.2 LED-Treiberplatine) wird auf der im hinteren Teil des Messkopfes befindlichen LED-Treiberplatine das LED Pulsersignal aufbereitet. Auf dieser Platine sind Testmessungen an einigen Meßpunkten durchzuführen und die Meßbrücke mit dem Trimmer P1 (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.2) einzustellen. Für die Messungen dient das von der Stabilisierungseinheit generierte LED-OUT Signal als Trigger. Zur Messung ist es notwendig, das LED-OUT Signal und das Referenzspannungsmodul (über den neunpoligen D-SUB Stecker) mit dem Messkopf zu verbinden. Zunächst wird der Signalverlauf des auf der LED-Treiberplatine ankommenden LED-OUT Signals am Messpunkt TP4 (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.2), überprüft (Abb.13). Dieses durch die Transistorstufen laufende Signal dient zur Pulsung der LED. 1 2 1=TP4 (200m V) 2 =LED O UT (2V) M 2,5µs Abb.13: Überprüfung des auf der LED-Treiberplatine ankommenden LED-OUT Signals am TP4. Kanal 1= TP4 (200mV/Div.), Kanal 2=LED OUT (2V/Div.), Trigger auf Kanal 2, Zeitablenkung=2,5 µ s Am TP6 ist zur Kontrolle das zur Temperaturstabilisierung dienenden Signal ebenfalls zum LEDOUT Signal zu messen (Abb.14). Dieses Signal ist zum einen über den Sensor S1 temperaturabhängig und zum anderen abhängig von der angelegten Referenzspannung und dem Abgleich der Meßbrücke. Damit legt es die Intensität der Lichtemission bei jedem Puls fest. 24 1 2 1=TP6 (200m V) 2 =LED O UT (2V) M 2,5µs Abb.14: Kontrollmessung des am TP6 anliegenden Signals zum LED-OUT Signal. Kanal 1= TP6 (200mV/Div.), Kanal 2=LED OUT (2V/Div.), Trigger auf Kanal 2, Zeitablenkung=2,5 µ s In Abbildung 15 wird das am TP5 anliegende Signal relativ zum LED-OUT Signal gemessen und kontrolliert. Der an TP5 anliegende Puls wird von der LED-Treiberplatine über ein Kabel in den vorderen Teil des Meßkopfes geführt um dort auf der LED-Pulserplatine die LED zu speisen. 1 2 1=TP5 (200m V) 2 =LED O UT (2V) M 2,5µs Abb.15: Kontrolle des an TP5 anliegenden Signals zum LED-OUT Signal. Kanal 1= TP5 (200mV/Div.), Kanal 2=LED OUT (2V/Div.), Trigger auf Kanal 2, Zeitablenkung=2,5 µ s Um die LED in ihrer Lichtemission konstant zu halten ist es nötig, diese über einen in ihrer direkten Nähe befindlichen Temperatursensor und einen kleinen Regelkreis zu stabilisieren, wie es im ersten Teil schon kurz erwähnt wurde. Zur Einstellung dieser Temperaturregelung der LED, muß die Meßbrücke im LED-Temperaturregelkreis, der sich auf der LED-Treiberplatine befindet (Abb.16), eingestellt werden. 25 HV / Volt Hierzu wird ein Klimaschrank für einen Temperaturbereich von 5 C0 bis 40 C0 benötigt, der den Messkopf auf eine wählbare Temperatur bringt und auf ±0,2 C0 stabil hält. Für die folgende Messreihe wurden vier Temperaturen (10 C0, 15 C0, 20 C0 und 25 C0) gewählt, bei denen jeweils eine Messung bei rechtem und linken Anschlag des Trimmers P1 (siehe Anhang, Schaltplan 10.3.2) aufgenommen wurde. Die Werte der sich einstellenden Hochspannung ergeben den in Abbildung 16 dargestellten Kurvenverlauf, aus dem die optimale Trimmereinstellung ermittel werden kann. -1082 -1084 -1086 -1088 -1090 -1092 -1094 -1096 -1098 -1100 -1102 -1104 -1106 -1108 -1110 -1112 -1114 -1116 -1118 Rechts Links Optimale Trimmereinstellung 8 10 12 14 16 18 Temperatur / C 20 22 24 26 0 Abb.16: Meßwertdiagramm zum Abgleich der Meßbrücke im LEDTemperaturreglekreis . Die Meßpunkte des rechten und linken Potianschlags wurden bei 10 C0, 15 C0, 20 C0 und 25 C0 aufgenommen und durch diese Meßpunkte eine Gerade gefittet. Aus dem Schnittpunkt der beiden Geraden ergibt sich eine einzustellende Hochspannung von –1103 V. Bei einer beliebigen Temperatur, die sich jedoch von der Temperatur des Schnittpunktes unterscheiden muß, wird mit dem Trimmer eine Hochspannung von –1103 V eingestellt. Ist der, sich aus den Messung ergebende, Meßbrückenabgleich vorgenommen, arbeitet die LEDTemperaturstabilisierung im optimalen Bereich. 26 9 Inbetriebnahme der Stabilisierung Vor der Inbetriebnahme des Meßsystems müssen alle Kabelverbindungen hergestellt werden (siehe 9.2 Kabelverbindungen). Des weiteren werden für die Inbetriebnahme ein Datenaufnahmesystem (Vielkanalanalysator), ein Oszilloskop und ein Prüfstrahler (z.B. 22Na) benötigt. Das Anodensignal wird auf den Eingang des Datenaufnahmesystems gelegt, mit dem das Spektrum aufgenommen wird. Mit dem Oszilloskop wird das LIN-IN Signal überwacht, das über einen Vorund Hauptverstärker von der Dynode 9 abgenommen wird. Vor dem Einschalten der HVVersorgung sollte sichergestellt werden, das die Spannungsvoreinstellung auf null steht, um einen sprunghaften Spannungsanstieg zu vermeiden. Der in dieser Beschreibung verwendete Photomultiplier (XP2020) wird mit einer Spannung im Bereich von -1700V bis -2400V versorgt. Sind alle Komponenten bis auf das LED OUT Signal angeschlossen und die Stabilisierungseinheit auf ADJ-Mode geschaltet, beginnen wir mit dem Hochfahren der HV-Versorgung unter der Beobachtung des LIN-IN Signals am Oszilloskop. Ab 1300 Volt sollten Signale von EinzelElektronen Emissionen zu sehen sein. Wird die Spannung weiter erhöht und ein Prüfstrahler in die Nähe des Szintillators gebracht, sollte am Oszilloskop bei richtiger Triggerschwelle ein nicht übersteuertes Pulshöhensignal zu sehen sein. Nun kann das LED OUT Signal an den Meßkopf angeschlossen werden. Auf dem Oszilloskop ist nun zusätzlich auch das LED Signal zu sehen, das ebenfalls nicht übersteuert sein darf. Durch Anpassung der Hochspannung und der LEDReferenzspannung muß der Dynamikbereich und der Abstand der LED zum Spektrum eingestellt werden (Abb.17). Ist diese Einstellung vorgenommen, ist die Diskriminatorschwelle an der Stabilisierungseinheit einzustellen. Flackern beide LED`s an dem Stabilisierungsmodul gleichmäßig, so ist die Schwelle richtig eingestellt und die Stabilisierung kann in den OPR-Mode geschaltet werden. Sollte die Stabilisierung aus ihrem Regelbereich von ±40 Volt laufen, muß die Hochspannung nachgeführt werden, um das Spektrum stabil zu halten. Dazu wird das Stabilisierungsmodul in den ADJ-Mode geschaltet. Der Zeiger im Spannungsmeßgerät des Moduls liegt nun wieder in der Mitte und nur eine LED leuchtet. Durch Nachführen der Hochspannung erreicht das LED-Signal wieder die Diskriminatorschwelle und beide LEDs zeigen den Regelbetrieb an. Ist dies durchgeführt, wird das Stabilisierungsmodul vom ADJ-Mode wieder zurück in den OPR-Mode geschaltet. Das Detektorsystem wird nun wieder stabilisiert betrieben. Achtung: Auf gar keinen Fall sollte man die Diskriminatorschwelle verschieben oder die Referenzspannung verändern. Diese Änderungen würden zu einer Verschiebung des gesamten Spektrums führen! 27 10000 9000 8000 dN / dL / w.E. 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Pulshöhen / w.E. Abb.17: Pulshöhenspektrum eines Prüfstahlers (22Na) bis Kanal 220 mit LED-Signal (Peak in Kanal 300) zum Einstellen des Abstandes zwischen LED-Signal und dem zu messenden Spektrum. (w.E.=willkürliche Einheiten) 28 10 Anhang Im Anhang befinden sich Montagehinweise, Kabelverbindungspläne, Frontplattenlayouts und diverse Detailinformationen der Stabilisierungseinheit. 10.1 Schaltpläne, Montagehinweise Bei der Montage des Lichtleiters und des Szintillators auf die Kathode des Photomultipliers muß besonders sorgfältig gearbeitet werden. Um einen guten Kontakt zwischen den Oberflächen herzustellen, wird optisches Fett („Pate 7“ der Firma rodorsil silicons) zwischen den Flächen aufgetragen. Als erstes wird der Lichtleiter, falls benötigt, mit der Kathode des Photomultipliers verbunden, in dem eine nur geringe Menge des optischen Fetts auf das Kathodenglas aufgetragen wird. Mit kleinen schwingenden, rotierenden Bewegungen und einem gleichmäßigen Andruck wird das optische Fett zwischen den Flächen solange verteilt, bis alle Luftblasen und „Krähenfüße“ verschwunden sind (siehe Abb.18). Auf die gleiche Weise wird nun der Szintillator mit dem Lichtleiter verbunden. Es ist wichtig, darauf zu achten, daß die optischen Verbindungen von guter Qualität sind, da schlechte Kontakte keinen optimalen Lichttransport gewährleisten und es somit zu Signalverlusten kommt. Um eine gute optische Verbindung auch über längere Zeit zu gewährleisten, ist es wichtig den richtigen Andruck des Szintillators auf den Lichtleiter und das Photomultiplier-Fenster einzustellen. Dieser kann mit der Szintillatorhaube verändert werden und muß beim Aufsetzen der Szintillatorhaube so eingestellt werden, dass sich die Schrauben der Haube unter leichtem Druck eindrehen lassen. Der auf einer Federung gelagerte Photomultiplier taucht in das Gehäuse ein und preßt von unten die Elemente der optischen Komponenten zusammen. Um eine optimale Lichtausbeute zu erzielen, empfiehlt es sich, sowohl den Szintillator als auch den Lichtleiter mit einer Lichtreflektierenden Schicht zu umgeben [4], [6]. 29 Abb.18: Vergleich einer schlechten und einer guten optischen Verbindung. Im linken Bild ist eine unsaubere Verbindung vom Lichtleiter zur Photokathode mit Luftblasen und „Krähenfüßen“ zu sehen. Im Gegensatz dazu eine saubere Verbindung im rechten Bild. 10.2 Kabelverbindungen Vor dem Anschluss der einzelnen Baugruppen, sollte sichergestellt werden, daß die betreffenden Geräte ausgeschaltet sind. Zur Erstellung der einzelnen Kabelverbindungen nutzen wir den Übersichtsplan (Abb.19). Beginnend mit dem Photomultipliergehäuse, wird der 9 polige D-Sub Stecker mit der Referenzspannungsquelle über ein eins-zu-eins Kabel verbunden. Zum Anschluß des Ausgangssignals der Dynode 9, wird ein BNC-Kabel benutzt, das auf den Eingang eines Vorverstärkers geht. Vom Vorverstärker aus geht das Signal weiter in den Hauptverstärker. Am Hauptverstärker wird der unipolare Ausgang genutzt, um auf den LIN-IN an der Stabilisierung einzukoppeln. Der Anschluß der Hochspannungsversorgung erfolgt über S-HV Kabel. In der Regel wird mit einer negativen Hochspannung gearbeitet. Hierbei ist es unwichtig, ob der hintere oder vordere Eingang benutzt wird, da diese parallel geschaltet sind. Von der Übersichtlichkeit her sind allerdings die hinteren zu empfehlen. Die geregelte Hochspannung liegt am positiven Hochspannungsausgang an und kann über ein geeignetes Spannungsmeßgerät oder direkt an den Hochspannungseingang des Photomultipliergehäuses angelegt werden. Um die LED zu pulsen, muß die Verbindung zwischen LED-OUT an der Stabilisierung mit dem LED Eingang am Photomultipliergehäuse verbunden werden. Das eigentliche Messsignal wird mit 30 einem BNC-Kabel am Anodenausgang des Photomultipliergehäuses entnommen (siehe auch Abb.19). Abb.19: Verkabelungsplan der einzelnen Komponenten: Photomultipiergehäuse (PMT). PMT-Stabilisierungseinheit, Referenzspannungsversorgung, Kombination Vor- und Hauptverstärker, sowie Hochspannungsversorgung und Spannungsmeßgerät (HVDisplay). Von Kabel Nach Referenzspannungsquelle (9pol.D-SUB) 9 poliges D-Sub Kabel Photomultipliergehäuse (9pol.D-SUB) HV Versorgung (HV-OUT-) S-HV Kabel PMT Stabilisierung (CORR-HV-) PMT Stabilisierung (CORR-HV+) S-HV Kabel HV Meßgerät (HV-IN) HV Meßgerät (HV-OUT) S-HV Kabel Photomultipliergehäuse (HV-IN) PMT Stabilisierung (LED-OUT) BNC Kabel Photomultipliergehäuse (LED-IN) Photomultipliergehäuse (Dynode 9) BNC Kabel Vorverstärker (IN) Vorverstärker (UNI-OUT) BNC Kabel Hauptverstärker (IN) Hauptverstärker (OUT) BNC Kabel PMT Stabilisierung (LIN-IN) Photomultipliergehäuse (Anode) BNC Kabel Meßelektronik 31 11 Literaturverzeichnis [1] Barrenscheen H.-J. und Klein H. Optimierung von NE213-Szintillationsdetektoren für die Neutronen- und Photonen-Spektrometrie Für die Studiegruppe für Elektronische Instrumentierung (SEI) 22.-24. März 1993 [2] Technische Informationen für die Industrie VALVO GmbH Hamburg [3] Fotovervielfacher Datenbuch VALVO GmbH Hamburg ISBN 3-7785-1557-8 [4] Schölermann H., Klein H. Optimizing the energy resolution of scintillation counters at high energies Nucl. Instrum. and Meth. 169 (1980) 25-31 [5] Holler Y., Koch J., Naimi A. A stabilized NE213 scintillator for neutron time-of-flight spectroscopy Nucl. Instrum. and Meth. 201 (1983) 485-490 [6] Schölermann H., Klein H. Improvement of the light collection in sintillation detectors IEEE Trans. Nucl. Science. Vol. NS-26, No.1 February 1979 12 Danksagung Für die große Unterstützung und Beratung bei der Erstellung dieses Laborberichtes möchte ich ganz herzlich Dr. Volker Dangendorf, Dr. Horst Klein, Dr. Ralf Nolte und Dr. Helmut Schuhmacher danken. Mein Dank geht auch an Frau Beldy für die Erstellung diverser Zeichnungen und an Frau Heise für den Word-Support. 32
