液体キセノングループ報告 - KEKtauchi/index/LXeTPC/homepage/...Xe cylinder SAES Getter...
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液体キセノングループ報告
KEKDTP重点レビュー、2014年8月19日、KEK 田内利明(7/15時点)
前回(2013年12月2日)以降
KEK : 冷凍・純化システム、PMT、エンドプレート 田内利明、真木晶弘、田中秀治、三原智、佐伯学行 笠見勝裕(冷凍システム構築)、鈴木祥仁(モニター:Labview) 佐賀大:TPC 杉山 晃 東大:DAQ、TPCテスト 森俊則 放医研: PETとしての性能仕様とシミュレーション 熊田雅之、富谷武浩、寅松千枝 横浜国大 : 液体キセノン基本特性、APD、ASICチップ 中村正吾、 濱西 亮(M2)、 ( 岩崎 裕也 (M2) ) !
協力支援:田中真伸氏(KEK素核研回路室)、池田博一氏(JAXA )
レビュワー : 海野義信(KEK)、 柴村英道(埼玉県立大)
2013 - 2014年度12/19 - 3/31 : キセノンガス予冷装置(真空断熱器付)の設計と製作 6/13 : 修理後の予冷装置のKEKでの試験, 会社での試験結果を確認 1/24-3/26 Vincent Tran (Ecole de Mines de Nantesの大学院生 M1) インターンシップ : 液体キセノン中でのWindowless-APD特性の研究 1/28 液化開始 : TPCFE09/LTCCボードによる電荷測定を試みるが失敗 1/4 - 2/11 : TPCFE09/LTCCボードのフロントエンドエレクトロニクスのLTSpiceによるsimulation研究 12/11-3/19 Anode-PADs, TPCFE09, バッファーアンプの三つのボードからなる新しいフロントエンドエレクトロニクスシステムの設計・製作 3/27 - 6/3 : Windowless-APDの液体キセノン中での再測定 4/7 : キセノン液面の再測定 ( PTR ON/OFF ) 6/15 - 6/26 : Windowless-APDのワイヤボンディングの修正@ハマホト 6/26 - 7/11 : Windowless-APDの液体キセノン中でのγ線スペクトラムの測定 1月~ : XEMIS2 のGATE/GEANT4によるシミュレーション研究
Xe cylinder
SAES Getter Monotorr <5L/min
P3
P2
P1
m
TPC
PTR (24W@165K)
Heat exchanger
P4
V13
V14
V15
V10
V12
V3 V4
V11 needle
V8
V9 V6 V5
V7
V1 V2
V21 V22
V20
V17
V16
V18
V19
V23
V24
SV
PT4
PT1
PT2
PT3
Tch
Heater
T1
T2
T3
Purification
回収ボトル
(3.75L)
ガス精製
ゲッター
750L キセノン ガスタンク
キセノン低温容器
ガス循環ポンプ(20L/min)
安全弁 (0.2MPa)
GXe 99.999%
オイルフリー・ダイアフラムポンプ(エノモト)によるガス循環精製
高純度Xeガス
液化・純化システム
102mmφx 490mm (old), 1.5L, H 18.36cm 148mmφx426mm (new, since 2010), 2.6L, H 15cm
逆止弁
since June 2008
Lt1
Lt2
Lt3
Lt4
Liquid level gauge (15cm)
Lt5ch1
γ-source 137Cs,7.34KBq
α-source:α2 241Am,200Bq
Front-end electronics
α-source:α1 241Am,200Bq
Pt100
0"
1000"
2000"
3000"
4000"
5000"
6000"
7000"
8000"
9000"
10000"
08.23" 09.12" 10.02" 10.22" 11.11" 12.01" 12.21" 01.10" 01.30" 02.19" 03.11" 03.31"
Growth of charge signals (α2)
date from Aug.23 to Mar.31, 2012
total cha
rge from
α2
12.10 - 1.19
10.1 - 1.20
CH-warm up/day
2012.7.4
α source (241Am,200Bq) on a wire at 1cm from the anode
α-source 241Am,200Bq
PMT1 (up) : R5900; DY1 - 12 20.7uA at +900V(max) Q.E.=20%@175nm
(2003.11.28)
PMT2 (down) : R7600; DY1 - 10 23.9uA at +900V(max) Q.E.=30%@175nm
(2009.06.15)
TPC prototype 5cm drift, mesh grid with1mm gap 4x4 pads readout, 7.5x7.5mm/pad
液面再確認
166#
166.5#
167#
167.5#
168#
168.5#
169#
169.5#
170#
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 16:48 17:16 17:45 18:14 18:43
Lt,1(K)#
Lt,2(K)#
Lt,3(K)#
139$
141$
143$
145$
147$
149$
151$
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 16:48 17:16 17:45 18:14 18:43
Level,1(mm)$
139$
159$
179$
199$
219$
239$
259$
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 16:48 17:16 17:45 18:14 18:43
TI*1(K)$
0"
0.2"
0.4"
0.6"
0.8"
1"
1.2"
1.4"
1.6"
1.8"
2"
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 16:48 17:16 17:45 18:14 18:43
Ft+1(sL/min)"
0"
0.01"
0.02"
0.03"
0.04"
0.05"
0.06"
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 16:48 17:16 17:45 18:14 18:43
Pt,1(MPa)"
!5#
0#
5#
10#
15#
20#
25#
30#
35#
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 16:48 17:16 17:45 18:14 18:43
Pwr!1(W)#
Temperature (K) in Liq.Xe
Liq.Xe level (mm)
Temperature (K) at PTR cold head
Flow rate of Xe gas (L/min)
Pressure in the chamber (Pa)
Heater power at PTR cold head (W)
!4#
!3#
!2#
!1#
0#
1#
2#
3#
4#
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 16:48 17:16 17:45 18:14 18:43
PT!Ref.(V)#
PT-Ref.(V)
PTR OFF-3PTR OFF-1 PTR OFF-2
PTR OFF/ON → 液面下降/上昇 液面計(Liquid Level Sensor, capacitance-based level sensing) : 直径0.5”, 150mm長、SUSの二重管,底面より12mmの側面に穴が開いているが、底面は開放されている
← over scale
PTR OFF in three times for the test
heater up
ASIC・TPCFE09
フロントエンド・エレクトニクス
Multilayer Ceramic ( AMK324ABJ337MM, 330uF x 2, ESR=0.002Ω) at each ±1.25V , i.e. 6 points in total
2013.10.18
ASICチップ(TPCFE09)による読みだし
IBIAS=56uA (12.4kΩ)
LTspice model
Vref=-250mV(1kΩ)
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
D D
C C
B B
A A
SW_500NSE_1UG_PRE
MO_IN
CLKIN
TPC-FE 16CH
入力コネクタCN1− TPCFE間は最短距離配線
CN1(内層に配線し、GND面ではさむ)
U9(TPCFE)は基板裏面に配置
Thru-hole (D=1.0mm)
Thru-hole (D=1.0mm)
TEST IN
Thru-hole (D=1.2mm) Murata_GRM43DR72J104KW01L
SEI HVCB2010FKC1M00TDK_C4532X7R2J104K
(+400V)
1M Ohm 1W 1% 50ppmMaximum Working Voltage=1700V
+ HV
(from Power Supply) (to Detector)
S2_
SE
L
S1_
SE
L
AM
P_S
EL
VL1
VL2
VL3
VL4
VL5
VL6
VL7
VL8
SDO
UT
CLK
OU
T
XIN[15:0]
AOUTP6AOUTM7
AOUTP4
AOUTM[15:0]
AOUTP7
AOUTP[15:0]
AOUTP11AOUTM12
AOUTP12
AOUTM5
AOUTM13
AOUTP3
AOUTP13AOUTM14
AOUTM3
AOUTP14
AOUTP5
AOUTM4
AOUTM6
AOUTP8AOUTM8
AOUTP9AOUTM9
AOUTP10AOUTM10
AOUTM11
AOUTP15AOUTM15
AOUTM0AOUTP0
AOUTM1AOUTP1
AOUTM2AOUTP2
SIG0
SIG1
SIG2
SIG3
SIG4
SIG5
SIG6
SIG7
SIG8
SIG9
SIG10
SIG11
SIG12
SIG13
SIG14
SIG15
XIN0
XIN1
XIN2
XIN3
XIN4
XIN5
XIN6
XIN7
XIN8
XIN9
XIN10
XIN11
XIN12
XIN13
XIN14
XIN15
XIN2
XIN3
XIN4
XIN5
XIN6
XIN7
XIN8
XIN9
XIN10
XIN11
XIN12
XIN13
XIN14
XIN15
XIN0
XIN1
SIG15
SIG7
SIG8
SIG9
SIG2
SIG10
SIG11
SIG3
SIG12
SIG4
SIG13
SIG5
SIG14
SIG6
SIG1
SIG0
XIN[15:0]
AOUTM[15:0]
AOUTP[15:0]
+1V25
-1V25
-1V25
+1V25
-1V25
+1V25
+1V25 +1V25 +1V25
-1V25-1V25-1V25
-1V25
+1V25
+1V25
-1V25
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
<Doc> <RevCode>
TPC-FE
A2
5 5Friday, October 05, 2012
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
<Doc> <RevCode>
TPC-FE
A2
5 5Friday, October 05, 2012
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
<Doc> <RevCode>
TPC-FE
A2
5 5Friday, October 05, 2012
CN41(2PIN JUMPER)
CN41(2PIN JUMPER)
S1
G2
T7
TESTPIN
T7
TESTPIN
1
C102
100U
/322
5
C102
100U
/322
5
C131
501R15W102KV4E/2125
C131
501R15W102KV4E/2125
C120
1p/1608
C120
1p/1608
C99
10U
/160
8
C99
10U
/160
8
D3(DA3S101F0L)
D3(DA3S101F0L)
1
3
2
C130
501R15W102KV4E/2125
C130
501R15W102KV4E/2125
C93
0.1U/1608
C93
0.1U/1608
R1512K/1608R1512K/1608
R142 0R142 0
TPC-FE
U9
TPC-FE
U9
XIN<0>97
GND98
XIN<1>99
GND100
XIN<2>101
GND102
XIN<3>103
GND104
XIN<4>105
GND106
XIN<5>107
GND108
XIN<6>109
GND110
XIN<7>111
GND112
GND113
XIN<8>114
GND115
XIN<9>116
GND117
XIN<10>118
GND119
XIN<11>120
GND121
XIN<12>122
GND123
XIN<13>124
GND125
XIN<14>126
GND127
XIN<15>128
AOUTP1533AOUTM1534AOUTP1435AOUTM1436AOUTP1337AOUTM1338AOUTP1239AOUTM1240AOUTP1141AOUTM1142AOUTP1043AOUTM1044AOUTP945AOUTM946AOUTP847AOUTM848AOUTP749AOUTM750AOUTP651AOUTM652AOUTP553AOUTM554AOUTP455AOUTM456AOUTP357AOUTM358AOUTP259AOUTM260AOUTP161AOUTM162AOUTP063AOUTM064
VS
SD
65V
SS
D66
GN
DD
67G
ND
D68
VD
DD
69V
DD
D70
GN
DD
71C
LKIN
72M
O_I
N73
GN
DD
74G
ND
D76
SW
_500
N77
SE
_1U
78G
_PR
E79
GN
DD
80
GN
D83
S2_
SE
L_O
UT
84G
ND
85S
1_S
EL_
OU
T86
GN
D87
AM
P_S
EL_
OU
T88
GN
D89
VD
D91
VD
D92
GN
D93
GN
D94
VS
S95
VS
S96
VS
S1
VS
S2
GN
D3
GN
D4
VD
D5
VD
D6
GN
D7
IBIA
S8
GN
D9
GN
D12
VL1
13
VH
214
VH
315
VL4
16
VH
517
VH
618
VH
719
VH
820
VR
EF
21
GN
D22
GN
DD
23
SD
OU
T24
CLK
OU
T25
GN
DD
26
VD
DD
27
VD
DD
28
GN
DD
29
GN
DD
30
VS
SD
31
VS
SD
32
NC
10
NC
11
NC
75
NC
81N
C82
NC
90
R1472.4K/1608R1472.4K/1608
C90
0.1U/1608
C90
0.1U/1608
T15
TESTPIN
T15
TESTPIN
1
C136
501R15W102KV4E/2125
C136
501R15W102KV4E/2125
T16
TESTPIN
T16
TESTPIN
1
C97
0.1U/1608
C97
0.1U/1608
D6(DA3S101F0L)
D6(DA3S101F0L)
1
3
2
R157
HMC0805JT500M/2125
R157
HMC0805JT500M/2125
D7(DA3S101F0L)
D7(DA3S101F0L)
13
2
D16(DA3S101F0L)
D16(DA3S101F0L)
1
3
2
JP1
HEADER 2X2
JP1
HEADER 2X2
1234
R139 0R139 0
C129
501R15W102KV4E/2125
C129
501R15W102KV4E/2125
R164
HMC0805JT500M/2125
R164
HMC0805JT500M/2125
R150
2K/1608
R150
2K/1608
R165
HMC0805JT500M/2125
R165
HMC0805JT500M/2125
C88
0.1U/1608
C88
0.1U/1608
R132 0R132 0
C137
501R15W102KV4E/2125
C137
501R15W102KV4E/2125
T17
TESTPIN
T17
TESTPIN
1
D4(DA3S101F0L)
D4(DA3S101F0L)
1
3
2
R141 0R141 0
T12
TESTPINT1
2TESTPIN
1
C106
1p/1608
C106
1p/1608
D11(DA3S101F0L)
D11(DA3S101F0L)
1
3
2
R163
HMC0805JT500M/2125
R163
HMC0805JT500M/2125
C111
1p/1608
C111
1p/1608
C104
100U
/322
5
C104
100U
/322
5
T1HOLE_1.2T1HOLE_1.2
1
C135
501R15W102KV4E/2125
C135
501R15W102KV4E/2125
C110
1p/1608
C110
1p/1608
D12(DA3S101F0L)
D12(DA3S101F0L)
1
3
2
C113
1p/1608
C113
1p/1608
R1483.9K/1608
R1483.9K/1608
R153 2K/1608R153 2K/1608
C100
10U
/160
8
C100
10U
/160
8
C109
1p/1608
C109
1p/1608
D10(DA3S101F0L)
D10(DA3S101F0L)
1
3
2
C103
100U
/322
5
C103
100U
/322
5
R170
HMC0805JT500M/2125
R170
HMC0805JT500M/2125
R169
HMC0805JT500M/2125
R169
HMC0805JT500M/2125
C141
501R15W102KV4E/2125
C141
501R15W102KV4E/2125
C112
1p/1608
C112
1p/1608
C101
10U
/160
8
C101
10U
/160
8
T11
TESTPINT1
1TESTPIN
1
T14
TESTPIN
T14
TESTPIN
1
C105
100U
/322
5
C105
100U
/322
5
C122
0.1U/1608
C122
0.1U/1608
D15(DA3S101F0L)
D15(DA3S101F0L)
1
3
2
C108
1p/1608
C108
1p/1608
SW2JSW3SW2JSW3
3
2
1
C142
501R15W102KV4E/2125
C142
501R15W102KV4E/2125
C139
501R15W102KV4E/2125
C139
501R15W102KV4E/2125
C115
1p/1608
C115
1p/1608
SW1JSW3SW1JSW3
3
2
1
R154
51
R154
51
T13
TESTPINT1
3TESTPIN
1
R136 0R136 0
C107
1p/1608
C107
1p/1608
T4HOLE_1.2
T4HOLE_1.2
1
R137 0R137 0
R156
HMC0805JT500M/2125
R156
HMC0805JT500M/2125
C114
1p/1608
C114
1p/1608
R135 0R135 0
C127
501R15W102KV4E/2125
C127
501R15W102KV4E/2125
D1(DA3S101F0L)
D1(DA3S101F0L)
1
3
2
R161
HMC0805JT500M/2125
R161
HMC0805JT500M/2125
T9
TESTPIN
T9
TESTPIN
1
R134 0R134 0
C133
501R15W102KV4E/2125
C133
501R15W102KV4E/2125
D2(DA3S101F0L)
D2(DA3S101F0L)
1
3
2
C95
0.1U/1608
C95
0.1U/1608
R131 0R131 0
C128
501R15W102KV4E/2125
C128
501R15W102KV4E/2125
C117
1p/1608
C117
1p/1608
D8(DA3S101F0L)
D8(DA3S101F0L)
1
3
2
R1491K/1608R1491K/1608
T6
TESTPIN
T6
TESTPIN
1
R155
HMC0805JT500M/2125
R155
HMC0805JT500M/2125
D5(DA3S101F0L)
D5(DA3S101F0L)
1
3
2
R167
HMC0805JT500M/2125
R167
HMC0805JT500M/2125
R129
1M/500V/5125
R129
1M/500V/5125
R140 0R140 0
SW3JSW3SW3JSW3
3
2
1
C116
1p/1608
C116
1p/1608
C870.1u/630V/X7R/4532
C870.1u/630V/X7R/4532
C92
0.1U/1608
C92
0.1U/1608
T5
TESTPIN
T5
TESTPIN
1
D9(DA3S101F0L)
D9(DA3S101F0L)
1
3
2
T8
TESTPIN
T8
TESTPIN
1
R168
HMC0805JT500M/2125
R168
HMC0805JT500M/2125
C94
0.1U/1608
C94
0.1U/1608
C96
0.1U/1608
C96
0.1U/1608
R162
HMC0805JT500M/2125
R162
HMC0805JT500M/2125
D13(DA3S101F0L)
D13(DA3S101F0L)
1
3
2
CN37(2PIN JUMPER)CN37(2PIN JUMPER)
1
2
R160
HMC0805JT500M/2125
R160
HMC0805JT500M/2125
R144 0R144 0
C119
1p/1608
C119
1p/1608
R145 0R145 0
R166
HMC0805JT500M/2125
R166
HMC0805JT500M/2125
D14(DA3S101F0L)
D14(DA3S101F0L)
1
3
2
C138
501R15W102KV4E/2125
C138
501R15W102KV4E/2125
C140
501R15W102KV4E/2125
C140
501R15W102KV4E/2125
C91
0.1U/1608
C91
0.1U/1608T1
0
TESTPIN
T10
TESTPIN
1
C134
501R15W102KV4E/2125
C134
501R15W102KV4E/2125
R133 0R133 0
C132
501R15W102KV4E/2125
C132
501R15W102KV4E/2125
T2HOLE_1.2T2HOLE_1.2
1
VR1CT-6W_20K
VR1CT-6W_20K
13
2
C118
1p/1608
C118
1p/1608
R152 2K/1608R152 2K/1608
R159
HMC0805JT500M/2125
R159
HMC0805JT500M/2125
C121
1p/1608
C121
1p/1608
R146 0R146 0
R143 0R143 0
C98
10U
/160
8
C98
10U
/160
8
R158
HMC0805JT500M/2125
R158
HMC0805JT500M/2125
R138 0R138 0
IBIAS=56uA (12.4kΩ) at VR1=10kΩ
Vref=-250mV(1kΩ)
IBIAS and Vref on the circuit board
IBIAS=56uA (12.4kΩ)
IBIAS=50.4uA (14.9kΩ)
Vref=-250mV(1kΩ)Vref=-150mV(0.5kΩ)
IBIAS and Vref“Noise source” LG (CG) and RG at the ground line
0"
20"
40"
60"
80"
100"
120"
0" 10" 20" 30" 40" 50"
IBIAS uA
Resistance (R1+R2) kΩ
Adjustment of IBAS current
● : Vref=150mV × : Vref=250mV
IBIAS uA IBIAS uA
Relativ
e Ga
in
Relativ
e Ga
in
Vref : 250mV Vref : 150mV
R13=1kΩ R13=0.5kΩ
× is ● at Vref=250mV.● : 1ch,LG=0.02nH, RG=0.00012Ω △:16ch,LG=0.02nH,RG=0.00012Ω × : 16ch,LG=2nH,RG=0.002Ω ◆ : 16ch,LG=2nH,RG=0.012Ω ◇ : 16ch,LG=2nH,RG=0.012Ω, Bypass-cap.=660uF
0.200$
0.400$
0.600$
0.800$
1.000$
1.200$
1.400$
1.600$
1.800$
20$ 30$ 40$ 50$ 60$ 70$ 80$ 90$ 100$
Bypass-Capacitor (Ceramic) =100uF
0.200$
0.400$
0.600$
0.800$
1.000$
1.200$
1.400$
1.600$
1.800$
20$ 30$ 40$ 50$ 60$ 70$ 80$ 90$ 100$
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm7.942-
Vm0.942-
Vm4.842-
Aµ6588.65-
Aµ2188.65-
Aµ8678.65-Vm006-
Vm004-
Vm002-
Vm0
Vm002
Vm004
Vm006
Am2.62
Am3.72
Am4.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm9.942-
Vm3.942-
Vm7.842-
Vm1.842-
Vm5.742-
Vm9.642-
Aµ2388.65-
Aµ8878.65-
Aµ4478.65-Vm006-
Vm004-
Vm002-
Vm0
Vm002
Vm004
Vm006
Am1.62
Am8.72
Am4.92
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm6.942-Vm4.942-Vm2.942-Vm0.942-Vm8.842-Vm6.842-Vm4.842-Vm2.842-Vm0.842-
Aµ888.65-
Aµ668.65-
Aµ448.65-Vm007-Vm005-Vm003-Vm001-Vm001Vm003Vm005Vm007
Am1.62
Am8.72
Am4.92
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
LG=2nH, RG=0.002Ω
Solid Tantalum 660uF Ceramic 100uF
Ceramic 660uF
Effect of Kinds of Bypass-Capacitors (1)
IBIAS = 56.9uA IBIAS = 56.9uA
IBIAS = 56.9uA
Vref =250mV
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm8.052-
Vm6.942-
Vm4.842-
Vm2.742-
Vm0.642-
Vm8.442-
Aµ09.65-
Aµ77.65-
Aµ46.65-Vm008-Vm006-Vm004-Vm002-Vm0Vm002Vm004Vm006Vm008
Am52
Am13
Am63
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm0.252-
Vm6.052-
Vm2.942-
Vm8.742-
Vm4.642-
Vm0.542-
Aµ688.65-
Aµ088.65-
Aµ478.65-
Aµ868.65-
Aµ268.65-
Aµ658.65-
Aµ058.65-Vm008-Vm006-Vm004-Vm002-Vm0Vm002Vm004Vm006Vm008
Am5.52
Am2.82
Am0.13
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm5.052-
Vm9.942-
Vm3.942-
Vm7.842-
Vm1.842-
Vm5.742-
Aµ688.65-Aµ488.65-Aµ288.65-Aµ088.65-Aµ878.65-Aµ678.65-Aµ478.65-Aµ278.65-
Vm007-Vm005-Vm003-Vm001-Vm001Vm003Vm005Vm007
Am8.52
Am4.62
Am0.72
Am6.72
Am2.82
Am8.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm4.052-
Vm0.052-
Vm6.942-
Vm2.942-
Vm8.842-
Vm4.842-
Aµ728.93-
Aµ128.93-
Aµ418.93-Vm063-
Vm042-
Vm021-
Vm0
Vm021
Vm042
Vm063
Am9.42Am2.52Am5.52Am8.52Am1.62Am4.62Am7.62Am0.72Am3.72
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
Vref =250mV LG=2nH, RG=0.01Ω
Solid Tantalum 660uF Ceramic 100uF
Ceramic 660uF
IBIAS = 56.9uA IBIAS = 56.9uA
IBIAS = 56.9uA Ceramic 100uF IBIAS = 39.8uA
Effect of Kinds of Bypass-Capacitors (2)
16ch terminated :12ch terminated :
4ch terminated : 8ch terminated :
Solid Tantalum 660uF: IBIAS=56uA, Vref=-250mV
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm5.052-
Vm5.942-
Vm5.842-
Vm5.742-
Vm5.642-
Vm5.542-
Vm5.442-
Aµ988.65-
Aµ578.65-
Aµ168.65-
Aµ748.65-
Aµ338.65-
Aµ918.65-
Aµ508.65-Vm008-Vm006-Vm004-Vm002-Vm0Vm002Vm004Vm006
Am2.52
Am1.92
Am9.23
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm2.152-
Vm0.942-
Vm8.642-
Aµ488.65-
Aµ088.65-
Aµ678.65-
Aµ278.65-
Aµ868.65-
Aµ468.65-Vm007-Vm005-Vm003-Vm001-Vm001Vm003Vm005Vm007
Am6.52
Am8.72
Am0.03
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm2.052-
Vm1.942-
Vm0.842-
Aµ4388.65-
Aµ6978.65-
Aµ7578.65-Vm006-
Vm004-
Vm002-
Vm0
Vm002
Vm004
Vm006
Am1.62Am4.62Am7.62Am0.72Am3.72Am6.72Am9.72Am2.82Am5.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm6.942-
Vm0.942-
Vm5.842-
Aµ6388.65-
Aµ3288.65-
Aµ0188.65-Vm045-
Vm063-
Vm081-
Vm0
Vm081
Vm063
Vm045
Am2.62
Am6.62
Am0.72
Am4.72
Am8.72
Am2.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
LG=2nH, RG=0.012Ω
16ch terminated :12ch terminated :
4ch terminated : 8ch terminated :Solid Tantalum 660uF: IBIAS=50.4uA, Vref=-250mV
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm0.252-
Vm6.052-
Vm2.942-
Vm8.742-
Vm4.642-
Vm0.542-
Aµ244.05-Aµ934.05-Aµ634.05-Aµ334.05-Aµ034.05-Aµ724.05-Aµ424.05-Aµ124.05-Aµ814.05-Aµ514.05-
V0.1-V8.0-V6.0-V4.0-V2.0-V0.0V2.0V4.0V6.0V8.0
Am0.52
Am0.62
Am0.72
Am0.82
Am0.92
Am0.03
Am0.13
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm2.152-
Vm4.052-
Vm6.942-
Vm8.842-
Vm0.842-
Vm2.742-
Aµ8044.05-
Aµ5734.05-
Aµ2434.05-Vm006-
Vm004-
Vm002-
Vm0
Vm002
Vm004
Vm006
Am2.52
Am2.72
Am1.92
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm2.052-
Vm8.942-
Vm4.942-
Vm0.942-
Vm6.842-
Vm2.842-
Aµ5044.05-
Aµ8734.05-
Aµ0534.05-Vm005-
Vm003-
Vm001-
Vm001
Vm003
Vm005
Am6.52
Am9.62
Am2.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm57.942-
Vm52.942-
Vm67.842-
Aµ6044.05-
Aµ2044.05-
Aµ8934.05-
Aµ4934.05-
Aµ0934.05-
Aµ6834.05-Vm054-
Vm072-
Vm09-
Vm09
Vm072
Vm054
Am8.52Am0.62Am2.62Am4.62Am6.62Am8.62Am0.72Am2.72Am4.72Am6.72
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
LG=2nH, RG=0.012Ω
Ceramic 660uF: IBIAS=56uA, Vref=-250mV4ch terminated :
12ch terminated : 16ch terminated :
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm8.052-
Vm0.052-
Vm2.942-
Vm4.842-
Vm6.742-
Vm8.642-
Aµ688.65-
Aµ578.65-
Aµ468.65-Vm007-Vm005-Vm003-Vm001-Vm001Vm003Vm005Vm007
Am5.52
Am1.62
Am7.62
Am3.72
Am9.72
Am5.82
Am1.92
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm5.052-
Vm9.942-
Vm3.942-
Vm7.842-
Vm1.842-
Vm5.742-
Aµ688.65-
Aµ288.65-
Aµ878.65-
Aµ478.65-
Aµ078.65-
Aµ668.65-Vm007-Vm005-Vm003-Vm001-Vm001Vm003Vm005Vm007
Am5.52
Am1.62
Am7.62
Am3.72
Am9.72
Am5.82
Am1.92
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
8ch terminated :
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm8.942-Vm6.942-Vm4.942-Vm2.942-Vm0.942-Vm8.842-Vm6.842-Vm4.842-
Aµ4588.65-
Aµ6388.65-
Aµ8188.65-
Aµ0088.65-
Aµ2878.65-
Aµ4678.65-Vm005-
Vm003-
Vm001-
Vm001
Vm003
Vm005
Am0.62
Am4.62
Am8.62
Am2.72
Am6.72
Am0.82
Am4.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm84.942-
Vm90.942-
Vm17.842-
Aµ0688.65-
Aµ4588.65-
Aµ8488.65-
Aµ2488.65-
Aµ6388.65-
Aµ0388.65-
Aµ4288.65-Vm054-
Vm072-
Vm09-
Vm09
Vm072
Vm054
Am2.62Am4.62Am6.62Am8.62Am0.72Am2.72Am4.72Am6.72Am8.72Am0.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
LG=2nH, RG=0.012Ω
Ceramic 660uF : IBIAS=50.4uA, Vref=-250mV
16ch terminated :12ch terminated :
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm8.052-Vm4.052-Vm0.052-Vm6.942-Vm2.942-Vm8.842-Vm4.842-Vm0.842-Vm6.742-Vm2.742-
Aµ544.05-
Aµ934.05-
Aµ334.05-
Aµ724.05-
Aµ124.05-
Aµ514.05-
Aµ904.05-Vm007-Vm005-Vm003-Vm001-Vm001Vm003Vm005Vm007
Am2.52
Am0.62
Am8.62
Am6.72
Am4.82
Am2.92
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
8ch terminated :
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm4.052-
Vm0.052-
Vm6.942-
Vm2.942-
Vm8.842-
Vm4.842-
Vm0.842-
Aµ344.05-Aµ144.05-Aµ934.05-Aµ734.05-Aµ534.05-Aµ334.05-Aµ134.05-Aµ924.05-
Vm007-Vm005-Vm003-Vm001-Vm001Vm003Vm005Vm007
Am2.52
Am8.52
Am4.62
Am0.72
Am6.72
Am2.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm2.052-
Vm8.942-
Vm4.942-
Vm0.942-
Vm6.842-
Vm2.842-
Aµ5044.05-
Aµ8734.05-
Aµ0534.05-Vm005-
Vm003-
Vm001-
Vm001
Vm003
Vm005
Am6.52
Am9.62
Am2.82
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
0µs 40µs 80µs 120µs 160µs 200µsVm57.942-
Vm52.942-
Vm67.842-
Aµ6044.05-
Aµ2044.05-
Aµ8934.05-
Aµ4934.05-
Aµ0934.05-
Aµ6834.05-Vm054-
Vm072-
Vm09-
Vm09
Vm072
Vm054
Am8.52Am0.62Am2.62Am4.62Am6.62Am8.62Am0.72Am2.72Am4.72Am6.72
V(vref) I(R1)
V(out0) I(Vss1) -I(Vdd1)
4ch terminated :
LG=2nH, RG=0.012Ω
22
まとめ !(1)固体タンタルでの発振の波形は実際のものと違っているが、発振の出現するチャンネル数依存の振る舞いは再現できていると思われる。このことはIBIAS, VrefそしてLG, RGのパラメータに強く依存している。 (2)セラミックの場合、定性的な振る舞いを再現できていると思われる。例えば容量が大きい方が発振しにくくなるなど。特に、RG依存性が強いので、低温にした場合の容量の減少とともに、抵抗値の変動が発振を誘発しているかも知れない。
±2.5V に変更
電源(±1.25V,GND)は直接フィードスルーより
GND ?GND は直接フィードスルーへ
ANODETPCFE09 BUFFER AMP
フロントエンドエレクトロニクスの構成:三つのボード(Rogers, セラミック)
37ピンのPeekコネクター (D-Sub)
ANODEとTPCFE09の二つのボードはできるだけ近くに設置すること
ANODE
TPCFE09
BUFFER AMP
ANODE
TPCFE09
BUFFER AMP
予冷装置
LXe
岩谷PDC08
~4L/min
冷凍機インバーターノイズ大?。
ガス循環サーキュレーター
ガスハンドリングパネル
LXeクライオスタット
冷凍機電源+制御
TWINBIRD SC-UE15 173K@30W
真空断熱・熱交換器
28
TWINBIRD SC-UE15 173K@30W
Thermal exchanger in vacuum
Xe Precooling system
Figure 1: (left) 3D drawing of the PTR, heat exchanger and the connection with cryostat. (right) Schematic of XEMIS cryogenic system.
“Improvement of xenon purification system using a combination of a pulse tube refrigerator and a coaxial heat exchanger”, Chen W_-T. et al., Proceedings of ICEC24 - ICMC 2012, Fukuoka, May 14-18 2012
Abstract : We have developed a compact cryogenic system with a pulse tube refrigerator and a coaxial heat exchanger. This liquefaction-purification system not only saves the cooling power used to reach high gaseous recirculation rate, but also reduces the impurity level with high speed. The heat exchanger operates with an efficiency of 99%, which indicates the possibility for fast xenon gas recirculation in a high pressurized large-scale xenon storage with much less thermal losses.
-103℃
-101℃ Pressure drop!0.15bar
2.5 - 33 NL/min200W at -108℃
2m long
2m long
Windowless APD
APD (S10937-9390(x)) with 137Cs in Liquid Xe with the feedback capacitor of 1pF
Daughter card
APD
Windowless No.2 in the chamber
bias voltage (V)
Relativ
e Ga
in
0"
50"
100"
150"
200"
250"
300"
350"
400"
450"
58.8" 59" 59.2" 59.4" 59.6" 59.8" 60" 60.2"
gain@pre4amp"
gain@post4amp"
No.1 No.2
No.3 No.4
Before the re-wire-bonding until 20 June
2014
After the re-wire-bonding,20 June 2014
K102
Measurement of γray spectrum
APD(5x5mm2) and frontend electronics Post-amplifier ORTEC 575A Multichannel analyser
windowless APD S10937-9390(X)
(5x5mm2)
S10937-9390(X)
1"
10"
100"
1000"
200" 250" 300" 350" 400" 450" 500"
(105"
(20"
0"
20"
40"
60"
bias voltage (V)
Gain
windowless APD : S10937-9390(X) (5x5mm2)
copy the gain curves at -20,0,20,40 and 60℃
extrapolate to -105℃, liquid Xe
temperature
y"="251.74e+0.031x R²"="0.99698
y"="74.931e+0.022x R²"="0.99937
y"="16.973e+0.013x R²"="0.99995
y"="13.058e+0.012x R²"="0.99932
y"="5.836e+0.009x R²"="0.99914
y"="2.209e+0.005x R²"="0.99846
1"
10"
100"
1000"
+120" +100" +80" +60" +40" +20" 0" 20" 40" 60" 80"
375"
350"
300"
290"
250"
200"
指数 (375)"指数 (350)"指数 (300)"指数 (290)"指数 (250)"指数 (200)"
Gain
Temperature in ℃
bias voltage (V)
37
bias V=330V, Liq.Xe 0dB in preamp, 1pF
bias V=310V, Liq.Xe 0dB in preamp, 1pF
bias V=300V, Liq.Xe 0dB in preamp, 1pF
bias V=290V, Liq.Xe 0dB in preamp, 1pF
38
300 V 310 V 320 V 333 V
• 137Cs & LXe (time : 1800 s) – No peak
Number of photon is very low… ?
Result • 22Na & LXe (time : 1800 s)
– No peak
• Y-axis is set to log scale. • It has almost same shape as 137Cs case.
Result
300 V 310 V 320 V 332 V
• 22Na & GXe (time : 1800 s) – No peak
• Y-axis is set to log scale. • It has almost same shape as 137Cs case.
Result
290 V 330 V 370 V 410 V
Compare to the PMT measurements (EDIT2013)PMT 2” square R7600
Measured results with a windowless APD : S10937-9390(X) (5x5mm2)
• 241Am & LXe (time : 1800 s) – One peak?
Result
290 V 300 V 310 V 320 V 325 V 332 V
Linear graph
39
• 241Am & GXe (time : 1800 s)
• Y-axis is set to log scale. • Count rate is very low. (about ~10 cnt/s)
Result
290 V 330 V 370 V 410 V
peaks
40
bias voltage (V)
Relativ
e Ga
in
APD with 241Am in Xe at Liquid and Gas (Pabs=4atm) phases with the feedback capacitor of 1pF
0"
5"
10"
15"
20"
25"
30"
280" 300" 320" 340" 360" 380" 400" 420"
gain@LXe"
gain@XeGas"
gain@4105℃"
gain@20℃"
gain@60℃"
Measured by K102
41
bias voltage (V)
Relativ
e Ga
in
APD with 137Cs(10kBq) in Xe at Liquid and Gas (Pabs=4atm) phases with the feedback capacitor of 1pF
Observed by the oscilloscope
0.0#
5.0#
10.0#
15.0#
20.0#
25.0#
30.0#
250# 300# 350# 400# 450# 500#
gain@pre1amp#
gain@post1amp#
gain@pre1amp(gas)#
gain@post1amp(gas)#
gain@1105℃#
gain@60℃#
gain@20℃#
まとめ
1. TPCFE09/LTCCボードでの読みだし不成功, Xe純化不足?, TPCFE09故障
2. LTspiceによる回路シミュレーション, 発振などの現象の再現を試みた
3. 2014年1月より約3ヶ月の間,Subatechよりインターンシップの学生を受け入れた
液体キセノン中でのAPD(Windowless)の特性測定
4. Windowless APDによる液体キセノン中でのγ線スペクトラムの測定
5. PTRのON/OFFでのキセノンの液面測定, 約1cmの不定性(上昇)を観測
6. 3つのボード(Rogers, セラミック板)よりなる新フロントエンドエレクトロニクス
システムの設計と製作
7. キセノン純化等の効率化のため予冷装置の設計と製作
8. GATE/GEANT4シミュレーションにより, 日仏共同研究のXEMIS2(小動物用PET)の
PTMシステム最適化を行っている