Medipix/Timepix 판독 기능을 갖춘 마이크로채널 플레이트(MCP) 검출기

출처: Tremsin, AS, & Vallerga, JV(2020). Medipix/Timepix 판독 기능을 갖춘 MCP(Microchannel Plate) 검출기의 고유한 기능 및 응용 프로그램입니다. 방사선 측정, 130, 106228.

날짜: 2019년 12월 11일

이 리뷰 논문에서는 마이크로채널 플레이트(MCP) 증폭기 와 Medipix/Timepix 판독 기술을 결합하여 저에너지 입자의 높은 공간적 및 시간적 분해능 탐지를 가능하게 하는 새로운 하이브리드 유형의 탐지기에 대해 설명합니다. 이러한 하이브리드 감지기는 기존 MCP 또는 고체 Medipix/Timepix 감지기에 비해 고유한 기능을 제공하므로 다음과 같은 다양한 응용 분야에 적합합니다.

중성자 이미징 : MCP/Timepix 검출기는 파쇄 중성자 소스에서 새로운 차원의 에너지 분해 중성자 이미징 실험을 가능하게 했습니다. 중성자 이미징의 장점은 다음과 같습니다.

  • 이벤트 카운팅 모드에서 500MHz를 초과하는 높은 카운팅 속도
  • 열 중성자 ~50%, 저온 중성자 ~70%의 높은 검출 효율
  • 15μm 미만 해상도의 높은 공간 해상도 이미징
  • 높은 시간 해상도로 μs 미만의 타이밍 해상도로 시간 분해 이미징 가능

  • 광자 계수 : MCP/Timepix 검출기는 다음이 필요한 응용 분야에 이점을 제공합니다.

    • 저소음 광자 계수
    • 높은 공간 해상도
    • 나노초 타이밍 분해능을 갖춘 시간 분해 이미징 기능

  • 질량 분광학 : MCP/Timepix 검출기는 비행 시간 질량 분석 이미징에 성공적으로 구현되어 단일 측정으로 다양한 m/z 종의 시간 분해 이미지를 획득할 수 있습니다.

  • 일치 속도 맵 이미징 : Timepix 기반 판독과 결합된 MCP 증폭기를 사용한 실험이 일치 속도 맵 이미징에 사용되었습니다.

  • 이온-이온 일치 측정 : 쿼드 Timepix 판독 기능을 갖춘 직접 결합된 MCP 증폭기가 이온-이온 일치 측정을 위한 실험 설정에 사용되었습니다.

  • 인광 수명 이미징 : Timepix 기반 광자 계수 시스템은 동시에 많은 수의 픽셀에서 수명 곡선을 측정할 수 있는 가능성을 보여주었습니다.

또한 이 논문에서는 이러한 하이브리드 감지기의 장점과 단점을 강조합니다.

장점:

  • 독립적인 카운터 역할을 하는 각 픽셀로 인해 증가된 계산 속도 기능(최대 GHz 속도)
  • Timepix 판독의 낮은 노이즈 수준으로 인해 MCP 이득 요구 사항이 감소하여 로컬 카운트 속도 기능이 향상되고 MCP 수명이 길어집니다.
  • 여러 동시 이벤트를 인코딩하는 기능

단점:

  • 진공 및 고전압 요구 사항에서의 작동으로 인해 열 방출 문제가 발생함
  • MCP와 판독 칩 사이의 간격에 있는 불감 영역
  • MCP의 이벤트 증폭으로 인해 들어오는 입자 에너지에 대한 정보 손실
  • 기존 양극에 비해 높은 전력 소비

저자는 다음 개발을 포함한 향후 개선 사항에 대해 논의하며 결론을 내립니다.

  • 향상된 중성자 계산 기능을 위해 Timepix3 판독 기능과 결합된 MCP 검출기
  • 중성자 이미징 및 망원경 응용 분야에 유용한 Timepix4 칩을 타일링하여 더 넓은 영역 감지기
  • 형광 수명 이미징 및 높은 시간 분해능이 필요한 기타 응용 분야를 위한 ~0.2ns 타이밍 분해능을 갖춘 Timepix4 기반 검출기

저자는 이러한 검출기의 향후 개발 및 적용에 대해 낙관적입니다.

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

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