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Person: Silva, Joel (Autor) 
  
Titel: Digital signal analysis for CsI(Tl) detectors and the active-target at R 3 B
  
Dokument:
100000537.pdf (12.343 KB) PDF
Quelle: Mainz : Univ. 127 Seiten
Erscheinungsjahr:    2016
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000005377
  
Dokumentart:
Buch Buch
Weitere Angaben zur Dokumentart:    Dissertation
Sprache: Englisch
Open Access: OpenAccess
Einrichtung: Institut für Kernphysik
DDC-Sachgruppe:    Physik
ID: 100000537  Universitätsbibliothek Mainz
Hinweis:
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Abstract: Modern experimental setups tend to replace analogue front-end electronics with fully digital systems. The detector signals are sampled in early stages and most of the signal processing is performed digitally. The presented work is divided into two major subjects involving digital signal analysis: firstly employed to correct temperature dependent gain variations and perform particle identification of CsI(Tl) based detectors and secondly to test the unctionality of an active-target prototype (AcTar) for the Reactions with Relativistic Radioactive Beams (R3B) setup.
In the first part of this work a pulse shape based method for monitoring the interior temperature of the CsI(Tl) crystal is proposed. The method uses the correlation between the gain and defined pulse shape parameters to correct the effect of temperature variations in the energy calibration of the corresponding detector system. The suitability of the method was tested using both, a photomultiplier tube (PMT) and an avalanche photodiode (APD) readout photosensor. The analysis shows that the gain changes due to temperature variations can be corrected to a precision better than 1% with both the PMT and APD photosensors, well below the CsI(Tl) intrinsic resolution for ∼1 MeV γ-rays.
For particle identification, the fuzzy clustering algorithm is used to compute the principle pulse shape associated with the different particle species in an unsupervised fashion. The results show good discrimination between protons and γ-rays. In the second part of this work the functionality of the AcTar prototype for the R3B setup has been tested. The objective was to prove the feasibility and performance of such kind of detector with the use of heavy ion beams. As a proof of concept, a 58Ni beam at 700 MeV/u was impinging on a He-H2 (3%) gaseous target mixture. The presented results show the principle unctionalities of the detector and suggest that pulse shape analysis can indeed be used to track the recoil particles and reconstruct the kinematics. It is the first time that an active-target of such kind has been successfully tested with beams heavier than carbon.
   
Weiteres Abstract: Moderne experimentelle Setups tendieren dazu analoge Frontend Elektronik mit vollständig digitalen Systemen zu ersetzen. Die Detektorsignale werden in frühen Stadien abgetastet und die Signalverarbeitung erfolgt weitgehend digital. Die vorliegende Arbeit behandelt zwei Hauptthemen, die die digitale Signalanalyse einbeziehen: zum einen eingesetzt, um temperaturabhängige Verstärkungsänderungen zu korrigieren und Teilchenidentifikation von CsI(Tl) basierten Detektoren durchzuführen und zum anderen, um die Funktionalität eines Active-Target Prototyps (AcTar) für den R3B Setup zu testen.
Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein Pulsform-basierendes Verfahren zur Überwachung der intrinsischen Temperatur des CsI(Tl) Kristalls vorgeschlagen. Das Verfahren nutzt die Korrelation zwischen der Verstärkung und der Pulsform, um die Auswirkung von Temperaturschwankungen in der Energiekalibrierung des entsprechenden Detektorsystems zu korrigieren. Die Eignung des Verfahrens wurde unter Verwendung von jeweils einem Photomultiplier (PMT) und einer Avalanche-Photodiode (APD) als Auslesephotosensor getestet. Die Analyse zeigt, dass die Variation der Verstärkung aufgrund von Temperaturschwankungen, sowohl mit PMT und APD Photosensoren, mit einer Genauigkeit von besser als 1% korrigiert werden können, deutlich unter der CsI(Tl) intrinsischen Auflösung für ∼1 MeV γ-Strahlen. Zur Teilchenidentifikation wird der Fuzzy-Clustering-Algorithmus verwendet, um die Grundpulsform entsprechend der verschiedenen Teilchensorten in einer unabhängigen Art und Weise zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen eine gute Diskriminierung zwischen Protonen und γ-Strahlen auf.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Funktionalität des AcTar Prototyps für das R3B Setup getestet. Ziel war es, die Durchführbarkeit und die Leistungsfähigkeit dieser Art von Detektoren unter der Verwendung von Schwerionenstrahlen zu beweisen. Als Proof of Concept , wurde ein 58Ni Strahl bei 700 MeV/u und eine He-H2 (3%) Gasmischung verwendet. Die Ergebnisse bestätigen die Funktionalitäten des Detektors mit den verwendeten Strahl und zeigen auf, dass die Pulsformanalyse in der Tat zur Nachverfolgung der Rückstoßteilchen und zur Rekonstruktion der Kinematik verwendet werden kann. Es ist das erste Mal, dass ein Active-Target dieser Art erfolgreich mit Strahlen schwerer als Kohlenstoff getestet wurde.
   
  
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