Medipix/Timepix 読み出し機能付きマイクロチャネルプレート (MCP) 検出器

出典: Tremsin, AS、Vallerga, JV (2020)。Medipix/Timepix 読み出し機能を備えたマイクロチャネル プレート (MCP) 検出器の独自の機能と用途。放射線測定、130、106228。

日付: 2019年12月11日

このレビュー論文では、マイクロチャネル プレート (MCP) アンプとMedipix/Timepix 読み出し技術を組み合わせて、低エネルギー粒子の高空間分解能および高時間分解能検出を可能にする、新しいハイブリッド タイプの検出器について説明します。これらのハイブリッド検出器は、従来の MCP またはソリッド ステートの Medipix/Timepix 検出器と比較して独自の機能を備えており、次のようなさまざまな用途に適しています。

中性子イメージング: MCP/Timepix 検出器により、核破砕中性子源での新しいクラスのエネルギー分解中性子イメージング実験が可能になりました。中性子イメージングの利点は次のとおりです。

  • イベントカウントモードで500MHzを超える高計数率
  • 熱中性子に対して約50%、冷中性子に対して70%の高い検出効率
  • 15μm以下の解像度による高空間分解能イメージング
  • 高い時間分解能により、サブμsのタイミング分解能で時間分解イメージングが可能

  • 光子計数: MCP/Timepix 検出器は、次のようなアプリケーションに利点をもたらします。

    • 低ノイズ光子計数
    • 高い空間解像度
    • ナノ秒のタイミング分解能を備えた時間分解イメージング機能

  • 質量分析法: MCP/Timepix 検出器は飛行時間型質量分析イメージングにうまく実装されており、1 回の測定でさまざまな m/z 種の時間分解画像を取得できます。

  • 一致速度マップ画像化: Timepix ベースの読み出しと組み合わせた MCP アンプを使用した実験が、一致速度マップ画像化に使用されました。

  • イオン-イオン同時測定: イオン-イオン同時測定の実験セットアップでは、クワッド Timepix 読み出し機能を備えた直接結合型 MCP アンプが使用されています。

  • リン光寿命イメージング: Timepix ベースの光子カウント システムは、多数のピクセルの寿命曲線を同時に測定する可能性を示しています。

この論文では、これらのハイブリッド検出器の利点と欠点についても強調しています。

利点:

  • 各ピクセルが独立したカウンターとして機能するため、カウントレート能力が向上（最大GHzレート）
  • Timepix の読み出しにおけるノイズ レベルが低いため、MCP ゲイン要件が低減し、ローカル カウント レート機能が向上し、MCP の寿命が延びます。
  • 複数の同時イベントをエンコードする機能

デメリット:

  • 真空中での動作と高電圧要件により、放熱に課題が生じる
  • MCPと読み出しチップ間の隙間のデッドエリア
  • MCP におけるイベント増幅による入射粒子エネルギーに関する情報の損失
  • 従来の陽極に比べて消費電力が高い

著者らは、以下の開発を含む将来の改善点について議論して結論を​​述べています。

  • MCP検出器とTimepix3読み出し機能を組み合わせることで中性子計数機能が強化されました。
  • Timepix4チップをタイル状に配置することで、より広い面積の検出器を実現。中性子イメージングや望遠鏡の用途に有益
  • 蛍光寿命イメージングや高い時間分解能を必要とするその他のアプリケーション向けに、約0.2 nsのタイミング分解能を備えたTimepix4ベースの検出器

著者らは、これらの検出器の将来の開発と応用について楽観的である。

出典: https://www.sciencedirect.com/science/article/am/pii/S1350448719305141

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