Caratteristiche temporali impulso. 0.3<tr<20ns 0.5<tD<50ns MCP. Laboratorio di Fisica della Materia

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Renato Gatto
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1 Caratteristiche temporali impulso 0.3<tr<20ns 0.5<tD<50ns MCP AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 1

2 Spread nel tempo di transito-risoluzione temporale Electron transit time (typically ns) MCP: ns Transit time spread (TTS) : MCP 100 ps Dipende da geometria e da tensione alimentazione Photocathode size Photocathode- first dynode geometry Overall dynode geometry Ratings ( Voltage) AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 2

3 TTS importante in esperimenti dove si deve determinare la distribuzione dei tempi di arrivo degli impulsi all anodo: MISURE DI VITA MEDIA AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 3

4 Tecniche di rivelazione Integrazione- Misura corrente media Fotoconteggio RUMORE FONDO AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 4

5 Sorgenti di rumore per un PM Shot noise del segnale da rivelare Shot noise della luce di fondo Shot noise del segnale di fondo: Emissione termoionica AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 5

6 Raffreddare il catodo J = AT 2 e! W th KT Catodo con bassa W th _ sensibile IR alto noise AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 6

7 La corrente di buio dipende dalla tensione di alimentazione AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 7

8 Due contributi alla corrente di buio 1) TE catodo Impulsi di ampiezza indistinguibile dal segnale buono 2) TE dinodi Impulsi di ampiezza minore Emiss. dinodi Emiss. catodo AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 8

9 AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 9

10 From specs : cathode 51 mm Maximum average anode current: 100 µa Anode dark current: 20 na Pulse duration: 5 ns Max counts: cps Dark counts: cps Reducing cathode size dark current decreases (magnetic lens) AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 10

11 Range dinamico e linearità Ratings: max average current Max linearity Per sfruttare al meglio queste caratteristiche il partitore di tensione deve essere opportuno AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 11

12 AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 12

13 Voltage divider CW Pulsed AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 13

14 CW R partitore dipende da I max << I p Ad es, I max =.01I p : altrimenti perdo linearità I max dipende da ratings PM Pulsed I peak alta ( specificata da ratings): si deve aumentare V ultimi dinodi per eliminare carica spaziale. Condensatori per fornire carica: C > I t p!v dinodo AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 14

15 Effetto di un campo magnetico µ-metal shield AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 15

16 Tecnica di fotoconteggio Segnale elvato: si misura corrente Rivelazione di singoli impulsi all anodo Det Amp Disc Count AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 16

17 CW photon counting Max rate conteggio dipende da PM+ elettronica Limite superiore ν max qualche centinaio MHz Problemi a frequenze troppo elevate: non si separano singoli fotoelettroni e corrente media troppo alta. Perdita linearità ν max 1/t w AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 17

18 La discriminazione dei singoli impulsi AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 18

19 Amplificatore: BW 300 MHz-1GHz Discriminatore leading edge: BW >300MHz Soglia minima mv Leading Edge Discriminator 200 t 1 t Walk= t 2 -t 1 Hp: Tutti gli impulsi hanno lo stesso profilo temporale ma ampiezza diversa V Time (ps) Walk: jitter nel tempo di discriminazione. Si perde informazione sul timing impulso AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 19

20 Discriminatore a frazione costante CFD 1200 Before the discrimination 1000 Zero crossing V V(t-!) V fv(t) Time (ps) Time (ps) AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 20

21 Schema a blocchi AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 21

22 Contatore AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 22

23 Vantaggi e svantaggi PC Vantaggi Elevato range dinamico Alta linearità Basso fondo Svantaggi Elettronica veloce Misure lunghe Rivelatori con alto guadagno Alta stabilita termica AA 2009/10 Laboratorio di Fisica della Materia 23

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