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Características de rendimiento del detector de diodo PIN de silicio alimentado por batería con un preamplificador integrado y módulo de adquisición de datos para la detección de partículas de fusión

Autores: Chen, Allan Xi; Sigal, Benjamin F.; Martinis, John; Wong, Alfred YiuFai; Gunn, Alexander; Salazar, Matthew; Abdalla, Nawar; Xiao, Kai-Jian

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Características de rendimiento del detector de diodo PIN de silicio alimentado por batería con un preamplificador integrado y módulo de adquisición de datos para la detección de partículas de fusión


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Nuclear

Palabras clave

Comercial disponible en el mercado
Diodo PIN
Detector de partículas cargadas
Sistema de haz de iones
Partículas cargadas de fusión
Unidad de adquisición de datos

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 31

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Presentamos el rendimiento y la aplicación de un diodo PIN de silicio comercial (Hamamatsu S14605) como detector de partículas cargadas en un sistema compacto de haz de iones (IBS) capaz de generar partículas cargadas de fusión D-D y p-B. Este detector es económico, ampliamente disponible y opera en modo fotoconductivo bajo un voltaje de polarización inversa de 12 V, suministrado por una batería A23. Un preamplificador sensible a la carga (CSP) está montado en la parte posterior de la PCB de cuatro capas del detector y alimentado por dos baterías de litio de +/-3 V (A123). Tanto el detector como el CSP están alojados juntos en el lado de vacío del IBS, frente al objetivo de fusión. El sistema emplea un conector DB-9 con brida CF-2.75 para suministrar la señal, el voltaje de polarización y los voltajes de riel. Para mitigar la alta sensibilidad del detector a la luz óptica, se utiliza un ensamblaje de papel de aluminio delgado para bloquear las emisiones ópticas del haz de iones y del objetivo. Las partículas cargadas generan respuestas escalonadas en la salida del preamplificador, con tiempos de subida de pulso del orden de 0.2 a 0.3 us. Estas señales se registran utilizando una unidad de adquisición de datos construida a medida, que cuenta con un enlace de datos de fibra óptica para garantizar el aislamiento eléctrico de la electrónica del detector. Se emplea un procesamiento digital de señales posterior para dar forma óptimamente a los pulsos utilizando un filtro CR-RC para producir señales con forma gaussiana, lo que permite la extracción precisa de información de energía. Los resultados de rendimiento indican que el ruido de ondulación RMS de base del detector puede ser tan bajo como 0.24 mV. En condiciones de laboratorio reales, las relaciones señal-ruido (S/N) estimadas para partículas cargadas de protones de fusión D-D, tritones y heliones son aproximadamente 225, 75 y 41, respectivamente.

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