Qucosa – Hemholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
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Diode-Pumped High-Energy Laser Amplifiers for Ultrashort Laser Pulses The PENELOPE Laser System
Full text linkThe ultrashort chirped pulse amplification (CPA) laser technology opens the path to high intensities of 10^21 W/cm² and above in the laser focus. Such intensities allow laser-matter interaction in the relativistic intensity regime. Direct diode-pumped ultrashort solid-state lasers combine high-energy, high-power and efficient amplification together, which are the main advantages compared to flashlamp-pumped high-energy laser systems based on titanium-doped sapphire. Development within recent years in the field of laser diodes makes them more and more attractive in terms of total costs, compactness and lifetime.
This work is dedicated to the Petawatt, ENergy-Efficient Laser for Optical Plasma Experiments (PENELOPE) project, a fully and directly diode-pumped laser system under development at the Helmholtz–Zentrum Dresden – Rossendorf (HZDR), aiming at 150 fs long pulses with energies of up to 150 J at repetition rates of up to 1 Hz. The focus of this thesis lies on the spectral and width manipulation of the front-end amplifiers, trivalent ytterbium-doped calcium fluoride (Yb3+:CaF2) as gain material as well as the pump source for the final two main amplifiers of the PENELOPE laser system. Here, all crucial design parameters were investigated and a further successful scaling of the laser system to its target values was shown.
Gain narrowing is the dominant process for spectral bandwidth reduction during the amplification at the high-gain front-end amplifiers. Active or passive spectral gain control
filter can be used to counteract this effect. A pulse duration of 121 fs was achieved by using a passive spectral attenuation inside a regenerative amplifier, which corresponds to an improvement by a factor of almost 2 compared to the start of this work. A proof-of-concept experiment showed the capability of the pre-shaping approach. A spectral bandwidth of 20nm was transferred through the first multipass amplifier at a total gain of 300. Finally, the predicted output spectrum calculated by a numerical model of the final amplifier stages was in a good agreement with the experimental results.
The spectroscopic properties of Yb3+:CaF2 matches the constraints for ultrashort laser pulse amplification and direct diode pumping. Pumping close to the zero phonon line at 976nm is preferable compared to 940nm as the pump intensity saturation is significantly lower. A broad gain cross section of up to 50nm is achievable for typical inversion levels. Furthermore, moderate cryogenic temperatures (above 200K) can be used to improve the amplification performance of Yb3+:CaF2. The optical quality of the doped crystals currently available on the market is sufficient to build amplifiers in the hundred joule range.
The designed pump source for the last two amplifiers is based on two side pumping in a double pass configuration. However, this concept requires the necessity of brightness conservation for the installed laser diodes. Therefore, a fully relay imaging setup (4f optical system) along the optical path from the stacks to the gain material including the global beam homogenization was developed in a novel approach.
Beside these major parts the amplifier architecture and relay imaging telescopes as well as temporal intensity contrast (TIC) was investigated. An all reflective concept for the relay imaging amplifiers and telescopes was selected, which results in several advantages especially an achromatic behavior and low B-Integral. The TIC of the front-end was improved, as the pre- and postpulses due to the plane-parallel active-mirror was eliminated by wedging the gain medium
Verbundprojekt WASA-BOSS: Weiterentwicklung und Anwendung von Severe Accident Codes – Bewertung und Optimierung von Störfallmaßnahmen; Teilprojekt B: Druckwasserreaktor-Störfallanalysen unter Verwendung des Severe-Accident-Code ATHLET-CD
Full text linkInnerhalb des Vorhabens wurde ein ATHLET-CD-Eingabedatensatz für einen generischen deutschen DWR vom Typ KONVOI entwickelt. Das ATHLET-CD-Modell wurde für die Simulation schwerer Störfälle aus den Störfallkategorien Station Blackout (SBO) und Kühlmittelverluststörfällen mit kleinen Lecks (SBLOCA) eingesetzt. Dabei ist die vollständige Störfalltransiente für den Zeitbereich zwischen dem einleitenden Ereignis bis zum Versagen des Reaktordruckbehälters (RDB) abgedeckt und alle wesentli-chen Phänomene schwerer Störfällen werden abgebildet: Beginn der Kernaufheizung, Spaltproduktfrei-setzung, Aufschmelzen von Brennstoff- und Absorbermaterialien, Oxidationsprozesse mit Freisetzung von Wasserstoff, Verlagerung von geschmolzenem Material, Verlagerung in das untere Plenum, Schä-digung und Versagen des RDB. Das Modell wurde für die Analyse möglicher präventiver und mitigativer Notfallmaßnahmen für SBO und SBLOCA angewandt. Dafür wurden die Notfallmaßnahmen primärseitige Druckentlastung (PDE), primärseitiges Einspeisen mit mobilen Pumpensystemen sowie für SBLOCA das verzögerte Einspeisen der kaltseitigen Druckspeicher untersucht und die Eigenschaften und Einleitekriterien der Maßnahmen variiert. Es wurden die Zeitverläufe der Unfallszenarien analysiert und die verbleibenden Zeitspannen für die Einleitung zusätzlicher Maßnahmen ermittelt. Für ein SBO-Szenario mit PDE wurde für die Frühphase der Transiente (bis zum Beginn der Kernschmelze) eine Unsicherheits- und Sensititvitätsanalyse durchgeführt. Zusätzlich wurde für ein SBLOCA-Szenario ein Code-zu-Code-Vergleich zwischen ATHLET-CD und dem Störfallcode MELCOR erarbeitet
TOPFLOW-Experimente, Modellentwicklung und Validierung zur Qualifizierung von CFD-Codes für Zweiphasenströmungen: Abschlussbericht
Full text linkDer vorliegende Bericht gibt einen zusammenfassenden Überblick der im Vorhaben erreichten Ergebnisse. Ziel war die Qualifikation von CFD-Methoden für Zweiphasenströmungen mit Phasenüber¬gang. Dafür werden neuartige experimentelle Daten benötigt. Diese können an der TOPFLOW-Anlage des HZDR generiert werden, da die Anlage Experimente in für die Reaktorsicher-heits¬forschung relevanten Skalen und Parametern mit innovativen Messtechniken verbindet.
Die experimentellen Arbeiten umfassen Untersuchungen zu Strömungen in vertikalen Rohren mit Hilfe der ultraschnellen Röntgentomographie, zu Strömungen mit und ohne Phasenübergang in einem Testbassin sowie zur Gegenstrombegrenzung in einem Heißstrangmodell. Diese werden im vorliegenden Bericht nur kurz dargestellt, da es zu allen 3 Versuchsserien ausführliche Dokumentationen in separaten Berichten gibt.
Ein wichtiges Ergebnis der Arbeiten zur CFD-Qualifizierung ist der Erstellung des Baseline-Modellkonzepts sowie die Erstellung des Baseline-Modells für polydisperse Blasenströmungen. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der Vorhersagefähigkeit von CFD-Codes auf Basis des Zwei- oder Mehr-Fluid-Modells erreicht.
Das innovative Generalized Two-Phase Flow Konzept (GENTOP) zielt hingegen auf eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten der Zweiphasen-CFD. In vielen Strömungen treten unterschiedlicher Morphologien der Phasen bzw. Strömungsformen parallel in einer Strömungsdomäne auf. Außerdem gibt es Übergänge zwischen diesen Morphologien. Mit dem GENTOP-Konzept wurde erstmals ein Rahmen geschaffen der die Simulation solcher Strömungen auf konsistente Art und Weise ermöglicht. Spezielle Modellentwicklungen erfolgten mit dem Ziel einer besseren Modellierung des Phasenübergangs
Profiling of RT-PICLS Code
Full text linkIt was observed, that the RT-PICLS code ran by FWKT on the hypnos cluster was producing an unusual amount of system load, according to Ganglia metrics. Since this may point to an IO-problem in the code, this code was analyzed more closely
Annual Report 2016 Institute of Resource Ecology
Full text linkThe Institute of Resource Ecology (IRE) is one of the eight institutes of the Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf (HZDR). The research activities are mainly integrated into the program “Nuclear Waste Management, Safety and Radiation Research (NUSAFE)” of the Helmholtz Association (HGF) and focused on the topics “Safety of Nuclear Waste Disposal” and “Safety Research for Nuclear Reactors”..
Emittance Compensation for SRF Photoinjectors
Full text linkThe advantages of contemporary particle injectors are high bunch charges and good beam quality in the case of normal conducting RF guns and increased repetition rates in the one of DC injectors. The technological edge of the concept of superconducting radio frequency injectors is to combine the strengths of both these sides. As many future accelerator concepts, such as energy recovery linacs, high power free electron lasers and certain collider designs, demand particle sources with high bunch charges and high repetition rates combined, applying the superconductivity of the accelerator modules to the injector itself is the next logical step. However, emittance compensation — the cornerstone for high beam quality — in case of a superconducting injector is much more challenging than in the normal conducting one. The use of simple electromagnets generating a solenoid field around the gun’s resonator interferes with its superconducting state. Hence, it requires novel and sophisticated techniques to maintain the high energy gain inside the gun cavity, while at the same time alleviating the detrimental fast transverse emittance growth of the bunch.
In the case of the ELBE accelerator at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, a superconducting electron accelerator provides beam for several independent beamlines in continuous wave mode. The applications include IR to THz free electron lasers, neutron and positron generation, to Thompson backscattering with an inhouse TW laser, and hence, call for a flexible CW injector. Therefore, the development of a 3.5 cell superconducting electron gun was initiated in 1997.
The focus of this thesis lies on three approaches of transverse emittance compensation for this photoinjector: RF focusing, the installation of a superconducting solenoid close to the cavity’s exit, and the introduction of a transverse electrical mode of the RF field in the resonator. All three methods are described in theory, examined by numerical simulation, and experimentally reviewed in the particular case of the ELBE SRF Gun II at HZDR and a copy of its niobium resonator at Thomas Jefferson National Laboratory, Newport News, VA, USA
Two-Phase Flow Experiments on Counter-Current Flow Limitation in a model of the Hot Leg of a Pressurized Water Reactor (2015 test series): Two-Phase Flow Experiments on Counter-Current Flow Limitation in a model of the Hot Leg of a Pressurized Water Reactor (2015 test series)
Full text linkCounter-Current Flow Limitation (CCFL) is of importance for PWR safety analyses in several accident scenarios connected with loss of coolant. Basing on the experiences obtained during a first series of hot leg tests now new experiments on counter-current flow limitation were conducted in the TOPFLOW pressure vessel. The test series comprises air-water tests at 1 and 2 bar as well as steam-water tests at 10, 25 and 50 bar. During the experiments the flow structure was observed along the hot leg model using a high-speed camera and web-cams. In addition pressure was measured at several positions along the horizontal part and the water levels in the reactor-simulator and steam-generator-simulator tanks were determined.
This report documents the experimental setup including the description of operational and special measuring techniques, the experimental procedure and the data obtained.
From these data flooding curves were obtained basing on the Wallis parameter. The results show a slight shift of the curves in dependency of the pressure. In addition a slight decrease of the slope was found with increasing pressure. Additional investigations concern the effects of hysteresis and the frequencies of liquid slugs. The latter ones show a dependency on pressure and the mass flow rate of the injected water.
The data are available for CFD-model development and validation
Instrumentation of CdZnTe detectors for measuring prompt gamma-rays emitted during particle therapy
Full text linkBackground: The irradiation of cancer patients with charged particles, mainly protons and carbon ions, has become an established method for the treatment of specific types of tumors. In comparison with the use of X-rays or gamma-rays, particle therapy has the advantage that the dose distribution in the patient can be precisely controlled. Tissue or organs lying near the tumor will be spared. A verification of the treatment plan with the actual dose deposition by means of a measurement can be done through range assessment of the particle beam. For
this purpose, prompt gamma-rays are detected, which are emitted by the affected target volume during irradiation.
Motivation: The detection of prompt gamma-rays is a task related to radiation detection and measurement. Nuclear applications in medicine can be found in particular for in vivo diagnosis. In that respect the spatially resolved measurement of gamma-rays is an essential technique for nuclear imaging, however, technical requirements of radiation measurement during particle therapy are much more challenging than those of classical applications. For this purpose, appropriate instruments beyond the state-of-the-art need to be developed and tested for detecting prompt gamma-rays. Hence the success of a method for range assessment of particle beams is largely determined by the implementation of electronics. In practice, this means that a suitable detector material with adapted readout electronics, signal and information processing, and data interface must be utilized to solve the challenges. Thus, the parameters of the system (e.g. segmentation, time or energy resolution) can be optimized depending on the method (e.g. slit camera, time-of-flight measurement or Compton camera). Regardless of the method, the detector system must have a high count rate capability and a large measuring range (>7 MeV). For a subsequent evaluation of a suitable method for imaging, the mentioned parameters may not be restricted by the electronics. Digital signal processing is predestined for multipurpose tasks, and, in terms of the demands made, the performance of such an implementation has to be determined.
Materials and methods: In this study, the instrumentation of a detector system for prompt gamma-rays emitted during particle therapy is limited to the use of a cadmium zinc telluride (CdZnTe, CZT) semiconductor detector. The detector crystal is divided into an 8x8 pixel array by segmented electrodes. Analog and digital signal processing are exemplarily tested with this type of detector and aims for application of a Compton camera to range assessment. The electronics are implemented with commercial off-the-shelf (COTS) components. If applicable, functional units of the detector system were digitalized and implemented in a field-programmable gate array (FPGA). An efficient implementation of the algorithms in terms of timing and logic utilization is fundamental to the design of digital circuits. The measurement system is characterized with radioactive sources to determine the measurement dynamic range and resolution. Finally, the performance is examined in terms of the requirements of particle therapy with experiments at particle accelerators.
Results: A detector system based on a CZT pixel detector has been developed and tested. Although the use of an application-specific integrated circuit is convenient, this approach was rejected because there was no circuit available which met the requirements. Instead, a multichannel, compact, and low-noise analog amplifier circuit with COTS components has been implemented. Finally, the 65 information channels of a detector are digitized, processed and visualized.
An advanced digital signal processing transforms the traditional approaches of nuclear electronics in algorithms and digital filter structures for an FPGA. With regard to the characteristic signals (e.g. varying rise times, depth-dependent energy measurement) of a CZT pixel detector, it could be shown that digital pulse processing results in a very good energy resolution (~2% FWHM at 511 keV), as well as permits a time measurement in the range of some tens of nanoseconds. Furthermore, the experimental results have shown that the dynamic range of the detector system could be significantly improved compared to the existing prototype of the Compton camera (~10 keV..7 MeV). Even count rates of ~100 kcps in a high-energy beam could be ultimately processed with the CZT pixel detector. But this is merely a limit of the detector due to its volume, and not related to electronics. In addition, the versatility of digital signal processing has been demonstrated with other detector materials (e.g. CeBr3). With foresight on high data throughput in a distributed data acquisition from multiple detectors, a Gigabit Ethernet link has been implemented as data interface.
Conclusions: To fully exploit the capabilities of a CZT pixel detector, a digital signal processing is absolutely necessary. A decisive advantage of the digital approach is the ease of use in a multichannel system. Thus with digitalization, a necessary step has been done to master the complexity of a Compton camera. Furthermore, the benchmark of technology shows that a CZT pixel detector withstands the requirements of measuring prompt gamma-rays during particle therapy. The previously used orthogonal strip detector must be replaced by the pixel detector in favor of increased efficiency and improved energy resolution. With the integration of the developed digital detector system into a Compton camera, it must be ultimately proven whether this method is applicable for range assessment in particle therapy. Even if another method is more convenient in a clinical environment due to practical considerations, the detector system of that method may benefit from the shown instrumentation of a digital signal processing system for nuclear applications.:1. Introduction
1.1. Aim of this work
2. Analog front-end electronics
2.1. State-of-the-art
2.2. Basic design considerations
2.2.1. CZT detector assembly
2.2.2. Electrical characteristics of a CZT pixel detector
2.2.3. High voltage biasing and grounding
2.2.4. Signal formation in CZT detectors
2.2.5. Readout concepts
2.2.6. Operational amplifier
2.3. Circuit design of a charge-sensitive amplifier
2.3.1. Circuit analysis
2.3.2. Charge-to-voltage transfer function
2.3.3. Input coupling of the CSA
2.3.4. Noise
2.4. Implementation and Test
2.5. Results
2.5.1. Test pulse input
2.5.2. Pixel detector
2.6. Conclusion
3. Digital signal processing
3.1. Unfolding-synthesis technique
3.2. Digital deconvolution
3.2.1. Prior work
3.2.2. Discrete-time inverse amplifier transfer function
3.2.3. Application to measured signals
3.2.4. Implementation of a higher order IIR filter
3.2.5. Conclusion
3.3. Digital pulse synthesis
3.3.1. Prior work
3.3.2. FIR filter structures for FPGAs
3.3.3. Optimized fixed-point arithmetic
3.3.4. Conclusion
4. Data interface
4.1. State-of-the-art
4.2. Embedded Gigabit Ethernet protocol stack
4.3. Implementation
4.3.1. System overview
4.3.2. Media Access Control
4.3.3. Embedded protocol stack
4.3.4. Clock synchronization
4.4. Measurements and results
4.4.1. Throughput performance
4.4.2. Synchronization
4.4.3. Resource utilization
4.5. Conclusion
5. Experimental results
5.1. Digital pulse shapers
5.1.1. Spectroscopy application
5.1.2. Timing applications
5.2. Gamma-ray spectroscopy
5.2.1. Energy resolution of scintillation detectors
5.2.2. Energy resolution of a CZT pixel detector
5.3. Gamma-ray timing
5.3.1. Timing performance of scintillation detectors
5.3.2. Timing performance of CZT pixel detectors
5.4. Measurements with a particle beam
5.4.1. Bremsstrahlung Facility at ELBE
6. Discussion
7. Summary
8. ZusammenfassungHintergrund: Die Bestrahlung von Krebspatienten mit geladenen Teilchen, vor allem Protonen oder Kohlenstoffionen, ist mittlerweile eine etablierte Methode zur Behandlung von speziellen Tumorarten. Im Vergleich mit der Anwendung von Röntgen- oder Gammastrahlen hat die Teilchentherapie den Vorteil, dass die Dosisverteilung im Patienten präziser gesteuert werden kann. Dadurch werden um den Tumor liegendes Gewebe oder Organe geschont. Die messtechnische Verifikation des Bestrahlungsplans mit der tatsächlichen Dosisdeposition kann über eine Reichweitenkontrolle des Teilchenstrahls erfolgen. Für diesen Zweck werden prompte Gammastrahlen detektiert, die während der Bestrahlung vom getroffenen Zielvolumen emittiert werden.
Fragestellung: Die Detektion von prompten Gammastrahlen ist eine Aufgabenstellung der Strahlenmesstechnik. Strahlenanwendungen in der Medizintechnik finden sich insbesondere in der in-vivo Diagnostik. Dabei ist die räumlich aufgelöste Messung von Gammastrahlen bereits zentraler Bestandteil der nuklearmedizinischen Bildgebung, jedoch sind die technischen Anforderungen der Strahlendetektion während der Teilchentherapie im Vergleich mit klassischen Anwendungen weitaus anspruchsvoller. Über den Stand der Technik hinaus müssen für diesen Zweck geeignete Instrumente zur Erfassung der prompten Gammastrahlen entwickelt und erprobt werden. Die elektrotechnische Realisierung bestimmt maßgeblich den Erfolg eines Verfahrens zur Reichweitenkontrolle von Teilchenstrahlen. Konkret bedeutet dies, dass ein geeignetes Detektormaterial mit angepasster Ausleseelektronik, Signal- und Informationsverarbeitung sowie Datenschnittstelle zur Problemlösung eingesetzt werden muss. Damit können die Parameter des Systems (z. B. Segmentierung, Zeit- oder Energieauflösung) in Abhängigkeit der Methode (z.B. Schlitzkamera, Flugzeitmessung oder Compton-Kamera) optimiert werden. Unabhängig vom Verfahren muss das Detektorsystem eine hohe Ratenfestigkeit und einen großen Messbereich (>7 MeV) besitzen. Für die anschließende Evaluierung eines geeigneten Verfahrens zur Bildgebung dürfen die genannten Parameter durch die Elektronik nicht eingeschränkt werden. Eine digitale Signalverarbeitung ist für universelle Aufgaben prädestiniert und die Leistungsfähigkeit einer solchen Implementierung soll hinsichtlich der gestellten Anforderungen bestimmt werden.
Material und Methode: Die Instrumentierung eines Detektorsystems für prompte Gammastrahlen beschränkt sich in dieser Arbeit auf die Anwendung eines Cadmiumzinktellurid (CdZnTe, CZT) Halbleiterdetektors. Der Detektorkristall ist durch segmentierte Elektroden in ein 8x8 Pixelarray geteilt. Die analoge und digitale Signalverarbeitung wird beispielhaft mit diesem Detektortyp erprobt und zielt auf die Anwendung zur Reichweitenkontrolle mit einer Compton-Kamera. Die Elektronik wird mit seriengefertigten integrierten Schaltkreisen umgesetzt. Soweit möglich, werden die Funktionseinheiten des Detektorsystems digitalisiert und in einem field-programmable gate array (FPGA) implementiert. Eine effiziente Umsetzung der Algorithmen in Bezug auf Zeitverhalten und Logikverbrauch ist grundlegend für den Entwurf der digitalen Schaltungen. Das Messsystem wird mit radioaktiven Prüfstrahlern hinsichtlich Messbereichsdynamik und Auflösung charakterisiert. Schließlich wird die Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Anforderungen der Teilchentherapie mit Experimenten am Teilchenbeschleuniger untersucht.
Ergebnisse: Es wurde ein Detektorsystem auf Basis von CZT Pixeldetektoren entwickelt und erprobt. Obwohl der Einsatz einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung zweckmäßig wäre, wurde dieser Ansatz zurückgewiesen, da kein verfügbarer Schaltkreis die Anforderungen erfüllte. Stattdessen wurde eine vielkanalige, kompakte und rauscharme analoge Verstärkerschaltung mit seriengefertigten integrierten Schaltkreisen aufgebaut. Letztendlich werden die 65 Informationskanäle eines Detektors digitalisiert, verarbeitet und visualisiert. Eine fortschrittliche digitale Signalverarbeitung überführt die traditionellen Ansätze der Nuklearelektronik in Algorithmen und digitale Filterstrukturen für einen FPGA. Es konnte gezeigt werden, dass die digitale Pulsverarbeitung in Bezug auf die charakteristischen Signale (u.a. variierende Anstiegszeiten, tiefenabhängige Energiemessung) eines CZT Pixeldetektors eine sehr gute Energieauflösung (~2% FWHM at 511 keV) sowie eine Zeitmessung im Bereich von einigen 10 ns ermöglicht. Weiterhin haben die experimentellen Ergebnisse gezeigt, dass der Dynamikbereich des Detektorsystems im Vergleich zum bestehenden Prototyp der Compton-Kamera deutlich verbessert werden konnte (~10 keV..7 MeV). Nach allem konnten auch Zählraten von >100 kcps in einem hochenergetischen Strahl mit dem CZT Pixeldetektor verarbeitet werden. Dies stellt aber lediglich eine Begrenzung des Detektors aufgrund seines Volumens, nicht jedoch der Elektronik, dar. Zudem wurde die Vielseitigkeit der digitalen Signalverarbeitung auch mit anderen Detektormaterialen (u.a. CeBr3) demonstriert. Mit Voraussicht auf einen hohen Datendurchsatz in einer verteilten Datenerfassung von mehreren Detektoren, wurde als Datenschnittstelle eine Gigabit Ethernet Verbindung implementiert.
Schlussfolgerung: Um die Leistungsfähigkeit eines CZT Pixeldetektors vollständig auszunutzen, ist eine digitale Signalverarbeitung zwingend notwendig. Ein entscheidender Vorteil des digitalen Ansatzes ist die einfache Handhabbarkeit in einem vielkanaligen System. Mit der Digitalisierung wurde ein notwendiger Schritt getan, um die Komplexität einer Compton-Kamera beherrschbar zu machen. Weiterhin zeigt die Technologiebewertung, dass ein CZT Pixeldetektor den Anforderungen der Teilchentherapie für die Messung prompter Gammastrahlen stand hält. Der bisher eingesetzte Streifendetektor muss zugunsten einer gesteigerten Effizienz und verbesserter Energieauflösung durch den Pixeldetektor ersetzt werden. Mit der Integration des entwickelten digitalen Detektorsystems in eine Compton-Kamera muss abschließend geprüft werden, ob dieses Verfahren für die Reichweitenkontrolle in der Teilchentherapie anwendbar ist. Auch wenn sich herausstellt, dass ein anderes Verfahren unter klinischen Bedingungen praktikabler ist, so kann auch dieses Detektorsystem von der gezeigten Instrumentierung eines digitalen Signalverarbeitungssystems profitieren.:1. Introduction
1.1. Aim of this work
2. Analog front-end electronics
2.1. State-of-the-art
2.2. Basic design considerations
2.2.1. CZT detector assembly
2.2.2. Electrical characteristics of a CZT pixel detector
2.2.3. High voltage biasing and grounding
2.2.4. Signal formation in CZT detectors
2.2.5. Readout concepts
2.2.6. Operational amplifier
2.3. Circuit design of a charge-sensitive amplifier
2.3.1. Circuit analysis
2.3.2. Charge-to-voltage transfer function
2.3.3. Input coupling of the CSA
2.3.4. Noise
2.4. Implementation and Test
2.5. Results
2.5.1. Test pulse input
2.5.2. Pixel detector
2.6. Conclusion
3. Digital signal processing
3.1. Unfolding-synthesis technique
3.2. Digital deconvolution
3.2.1. Prior work
3.2.2. Discrete-time inverse amplifier transfer function
3.2.3. Application to measured signals
3.2.4. Implementation of a higher order IIR filter
3.2.5. Conclusion
3.3. Digital pulse synthesis
3.3.1. Prior work
3.3.2. FIR filter structures for FPGAs
3.3.3. Optimized fixed-point arithmetic
3.3.4. Conclusion
4. Data interface
4.1. State-of-the-art
4.2. Embedded Gigabit Ethernet protocol stack
4.3. Implementation
4.3.1. System overview
4.3.2. Media Access Control
4.3.3. Embedded protocol stack
4.3.4. Clock synchronization
4.4. Measurements and results
4.4.1. Throughput performance
4.4.2. Synchronization
4.4.3. Resource utilization
4.5. Conclusion
5. Experimental results
5.1. Digital pulse shapers
5.1.1. Spectroscopy application
5.1.2. Timing applications
5.2. Gamma-ray spectroscopy
5.2.1. Energy resolution of scintillation detectors
5.2.2. Energy resolution of a CZT pixel detector
5.3. Gamma-ray timing
5.3.1. Timing performance of scintillation detectors
5.3.2. Timing performance of CZT pixel detectors
5.4. Measurements with a particle beam
5.4.1. Bremsstrahlung Facility at ELBE
6. Discussion
7. Summary
8. Zusammenfassun
Annual Report 2016 - Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
Full text linkContent:
Preface
Selected publications
Statistics
(Publications and patents, Concluded scientific degrees; Appointments and honors; Invited conference contributions, colloquia, lectures and talks; Conferences, workshops, colloquia and seminars; Exchange of researchers; Projects)
Doctoral training programme
Experimental equipment
User facilities and services
Organization chart and personne