Budowa i rozwój szybkich detektorów hybrydowych dla potrzeb eksperymentów synchrotronowych

mgr inż. Anna Kozioł

Promotor: dr hab. inż. Piotr Maj, prof. nadzw. AGH
Dyscyplina: Elektronika


W rozprawie Autorka przedstawia trzy autorskie systemy zbudowane dla potrzeb eksperymentów typu time-resolved wraz z wynikami pomiarowymi otrzymanymi z ich wykorzystaniem.

Pierwszy przedstawiony w rozprawie system został zrealizowany na potrzeby eksperymentu Pump-Probe-Probe dla linii CRISTAL na synchrotronie SOLEIL, Francja. Głównymi zaletami detektora jest wysoka liczba zliczeń obrazów na sekundę, rzędu 21 000 obr/sek, a także bardzo krótki, 120 nanosekundowy czas otwarcia przysłony. Detektor pozwala na wyizolowanie pojedynczego pakietu fotonów spośród pakietów emitowanych w 150 nanosekundowych odstępach czasowych, a tym samym umożliwia obserwację stanu struktury atomowej kryształu w niezwykle krótkim przedziale czasowym.

Drugi prezentowany system dedykowany jest pomiarom X-Ray Photon Correlation Spectroscopy (XPCS) przeprowadzanym na linii 8-ID-I na synchrotronie Argonne Photon Source, USA. System umożliwia akwizycję obrazu z prędkością 1 200 000 obr/sek w trybie „burst”, co jest wynikiem prawie dwie dekady większym niż prezentowane w innych istniejących detektorach typu HPAD, a także pozwala na zwiększenie rozdzielczości czasowej w eksperymentach multi-speckle XPCS i rozciągnięcie osi czasu między 826 nanosekundami a 52.8 sekundy, czyli prawie osiem dekad, co do tej pory nie zostało nigdy zaprezentowane w tego typu eksperymencie.

Ostatnim omawianym detektorem jest projekt autonomicznego i niskobudżetowego urządzenia wykorzystującego graficzny język programowania dla wszystkich trzech warstw oprogramowania, włączając w to FPGA, RTOS i system operacyjny Windows.

Autoreferat w języku angielskim: Autoreferat.pdf

1. Koziol, A; Bordessoule, M; Ciavardini, A; Dawiec, A; Da Silva, P; Desjardins, K; Grybos, P; Kanoute, B; Laulhe, C; Maj, P; Menneglier, C; Mercere, P; Orsini, F; Szczygiel, R, „Evaluation of the UFXC32k photon-counting detector for pump–probe experiments using synchrotron radiation”, Journal Of Synchrotron Radiation (2018), 25, 413-418
2. Zhang, Q; Dufresne, E M; Naraynan, S; Maj, P; Koziol, A; Szczygiel, R; Grybos, P; Sutton, M; Sandy, A R; „Sub-microsecond-resolved multi-speckle X-ray photon correlation spectroscopy with a pixel array detector”, Journal Of Synchrotron Radiation (2018), 25, 1408 – 1416
3. Koziol, A; Maj, P, “High speed systems for time-resolved experiments with synchrotron radiation”, Journal Of Instrumentation (2018), 13, C02049
4. Maj, P; Kasinski, K; Grybos, P; Szczygiel, R; Koziol, A, „Single software platform used for high speed data transfer implementation in a 65k pixel camera working in single photon counting mode”; Journal of Instrumentation, 2015 vol. 10 iss. 12 art. no. C12025, s. 1–7.
5. Koziol, A; Maj, P, „7.3kfps readout solution for 65k pixel X-Ray camera working in zero dead-time mode”, MIXDES 2016: Lodz, Poland, June 23-25, 2016: book of abstracts, s. 46

• dr hab. inż. Dariusz Makowski, PŁ Recenzja nr 1
• dr hab. inż. Krzysztof Poźniak, prof. PW Recenzja nr 2