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
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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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