| Jahr | 2010 |
| Autor(en) | Tobias Harion |
| Titel | Entwicklung eines hochauflösenden Zeitauslesesystems für Silizium-Photomultiplier |
| KIP-Nummer | HD-KIP 10-84 |
| KIP-Gruppe(n) | F11 |
| Dokumentart | Diplomarbeit |
| Keywords (angezeigt) | SiPMs DAQ High-Precision Timemeasurement |
| Abstract (de) |
Silizium-Photomultiplier (SiPM) sind neuartige Halbleiter-Photondetektoren, die durch ihre besonderen Eigenschaften, wie die geringe Größe, Insensitivität gegenüber Magnetfeldern und gute Zeitauflösung, bestehende Detektorsysteme verbessern können. Insbesondere Detektoren der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) können von den Eigenschaften der SiPMs profitieren, da sich mit ihnen die Ortsauflösung und Sensitivität bestehender System verbessern lässt. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Aufbau eines modularen Auslesesystems für Zeitmessungen mit SiPMs, welches die gute Zeitauflösung dieser Sensoren für Messungen zugänglich macht. Durch den flexiblen Aufbau ist das System vielseitig anwendbar und wurde für die Auslese der Detektormodule eines PET-Prototypen eingesetzt, welcher SiPMs zur Auslese 3x3x15 mm³ großer Szintillator-Kristalle verwendet. Dabei wurden Untersuchungen zur Energie- und Zeitauflösung des Detektorsystems durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die angewandte Time-over-Threshold Methode mit einer Energieauflösung von 23% für Koinzidenzmessungen geeignet ist. Die Zeitauflösung des Systems wurde mit unterschiedlichen Diskriminationsmethoden untersucht. Dazu konnte eine erste Version des STiC Chips verwendet werden, womit eine maximale Zeitauflösung von 600 ps erreicht wurde. Ergänzend zum Auslesesystem wurden Messungen zur Temperaturabhängigkeit der SiPM-Verstärkung durchgeführt und eine aktive Kompensation basierend auf Spannungskorrekturen untersucht. Die Messungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit mit dieser Methode bis auf eine relative Abweichung von 0,14 ‰/K stabilisiert werden kann.
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| Abstract (en) | Silicon-Photomultipliers (SiPM) are a novel type of photodetectors, with the potential to improve existing detector systems due to their special properties like small size, insensitivity to magnetic fields and good timing resolution. In particular, the spatial resolution and sensitivity of detector systems used in Positron-Emission-Tomography (PET) can be improved with SiPMs.
This thesis describes the development and construction of a modular readout system for time measurements with SiPMs, which allows to exploit the good time resolution of these sensors in measurements. The modular design makes the system appropriate for a variety of applications and was used as a readout system for the detector elements of a PET prototype consisting of SiPMs and 3x3x15 mm³ scintillating crystals. This setup was used to investigate the energy and time resolution of the detector system.
The results show that the used Time-over-Threshold method achieves an energy resolution of 23% and is suitable for coincidence measurements.
The temporal resolution of the system was studied using different discrimination methods. For this purpose, a first version of the STiC chip was available and achieved a temporal resolution of 600ps.
Complementary to the readout system, the temperature dependence of the SiPM gain was measured and compensated by an active adjustment of the bias voltage. Measurements show, that this method can compensate the temperature dependence to a remaining deviation of 0,14 ‰/K. |
| bibtex | @mastersthesis{f11hariondipl,
author = {Tobias Harion},
title = {Entwicklung eines hochauflösenden Zeitauslesesystems für Silizium-Photomultiplier},
school = {Universität Heidelberg},
year = {2010},
type = {Diplomarbeit}
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| Datei |
