monitor

Beam Monitor per il TOP-Linac
E. Cisbani, G. Vacca
Riunione di lavoro
TOP
28-29 gennaio 2002
Polo Oncologico e Dermatologico I.F.O.
Roma
Roma 28 gennaio 2002
Beam monitor
mstrip and Pad
Ionization Chambers
Pulsed beam:
400 Hz, 5 ms
low emittance
B - diffused beam
C - active modulation
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mstrip camera
vista laterale esplosa
•Materiale lungo il fascio: ~35 mg/cm2  DE/E ~0.4% a 60 MeV
•Regime di ionizzazione: HV < 1000 V
•Miscela di gas: 70%Ar, 30%CO2 flussato in camera sigillata
•Geometria: Gap: 4 mm, Pitch 300 mm
Roma 28 gennaio 2002
Roma 28 gennaio 2002
Roma 28 gennaio 2002
Roma 28 gennaio 2002
Roma 28 gennaio 2002
Beam monitor
Roma 28 gennaio 2002
Roma 28 gennaio 2002
Schema ‘tradizionale’ …
Q/V + MUX + ADC
•Il MUX permette di diminuire drasticamente il numero di ADC
•La dinamica è limitata dall’ADC (1000 per ADC a 10 bit)
… modificato
Q/V a 2 portate
“Quando la carica in ingresso supera una certa soglia,
il guadagno del Q/V diminuisce drasticamente”
Dinamica > 104
Sensibilità relativa: costante
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‘Rateometro’
Q/V
=
DV
Comp
One
Shot
Counter
Memory
-DV
gate
Lo strumento ‘conta’ la carica in ingresso a passi discreti (DV x Q/V)
Dinamica =
numero massimo di impulsi generabile nel
tempo di durata della carica in ingresso
Counter ad alte prestazioni: 100 MHz
Tempo di durata della carica in input: ~10 ms
Numero di impulsi max
100 MHz x 10 ms = 1000
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Readout
Basato su:
• moduli COTS VME
• rete ethernet 100 Mbits
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Wiremaps
 Sorgente raggi-X
con fascio collimato
 Camera a fili
 Elettronica con
multiplexer
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Elettronica:
Blocchi Funzionali
Tempistica
Multiplexing su 500 canali
• integrazione: 50 ms
• conversione ADC: 0.2 ms per canale
~3 KHz
• tempo reset: 200 ms
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Elettronica:
Schema a Blocchi del Q/V
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Elettronica:
Schema
elettrico
dettagliato
del Q/V
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Risposta Q/V a corrente
costante


La carica
raccolta è
proporzionale
alla larghezza
del Gate
La tensione
all’ADC è
funzione della
carica raccolta
e della portata
finale
Gate
Tensione all’ADC
1a portata
2a portata
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Risposta Q/V - sistema
sovrasmorzato

Cambio portata

L’oscillazione è
indesiderata!
L’oscillazione è
dovuta alla
ridistribuzione
della carica tra
le due capacità
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Risposta Q/V - smorzamento
critico
Soppressione
dell’oscillazione
mediante
tuning resistivo
Cambio portata
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Caratteristica
Carica Ingresso/Tensione Uscita
Dinamica misurata > 104
Un bit di cambio portata
permette di correlare il
valore dell’ADC al
valore della carica in
ingresso
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Errore relativo sulla misura
di carica
Errore relativo ~ 0.03 %
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Prototipo un canale
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Prototipo
elettronica 16 canali
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Conclusioni e sviluppi futuri
 prototipo su singolo canale testato e funzionante
 prototipo su 16 canali pronto per essere testato
 prototipo cameretta a mstrip costruita
 software di readout implementato
 progettazione elettronica front-end su singolo chip:
 ottimizzazione del rumore
 incremento di velocità di lettura
 riduzione notevole dimensioni fisiche
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