Ion Detection Using Diamond Detectors

Diamant-Detektoren (Detector grade carbon vapour deposit (CVD)) können entweder als polykristalline Wafer (bis zu 5" im Durchmesser) or als Einzelkristall mit etwa 1cm² und mehr als 1mm Dicke produziert werden. Beide Detektortypen sind mittlerweile bezahlbar auf dem freien Markt. Beide Detektortypen haben sowohl unübertroffene Timing-Eigenschaften als auch unübertroffene Strahlungshärte, aber der Einzelkristall-Diamond Detektor bietet zudem eine superbe Energie-Auflösung. Die Detektor können gestapelt und die Kontakte an beiden Seiten so kondensiert werden, dass das Setup der Detektoren positions-sensitiv mit einer Sub-Millimeter Auflösung ist. All diese Eigenschaften sind für Ionen-Detektierung außerordentlich vorteilhaft: Diamant-Detektoren können eingesezt werden für ein breites Spektrum von Ionen (von einzelnen Protonen bis zum Uran), für einen Bereich von Zählraten (von einzelnen Ionen bis zu mehr als 10GHz), für breite Enegeriebereiche (von 100keV bis in den GeV-Bereich), und für hohe Schwerionen-Flüsse (mehr als 10¹³/cm². Die hervorragenden Timing-Eigenschaften (20ps zum Ansteigen und etwas länger für den Abfall des elektronischen Signals) sind gut für Tracking- und/oder Coincidence-Messungen geeignet. Diese extrem schnellen Signale erfordern andererseits ein sehr schnelles Sampling mit mehr als 10GHz und einem Minimum von 8 bits (bis zu 14 bit für höhere Auflösung). Die Diamant-Detektoren können kontinuierlich mit hohen Zählraten betrieben werden, die Auslese-Elektronik bleibt aber ein Engpass, da die Gesamtmenge der Rohdaten leicht 100TB pro Tag erreichen kann, und dies ist eine große Herausforderung für das DAQ-System. Zudem müssen die Rohdaten während der Meszeit überwacht und selektiv gefiltert werden.