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Digital Signal Processing for segmented HPGe Detectors, Preprocessing Algorithms and Pulse Shape Analysis

Lauer, Martin

German Title: Digitale Signalverarbeitung für segmentierte HPGe Detektoren Algorithmen zur Vorverarbeitung und Pulsformanalyse

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Abstract

MINIBALL is an versatile spectrometer consisting of 24 longitudinally six-fold segmented HPGe detectors, build for the efficient detection of rare decays in nuclear reactions of radioactive ion beams. MINIBALL was the first spectrometer equipped with digital electronics. Pulse shape analysis algorithms to determine the interaction position of gamm-rays were implemented on a Digital Signal Processor and validated in an experiment using a collimated gamma-ray source. Emphasis was placed on the properties of the different digital signal processing algorithms, the consequences for the implementation and the applicability for position determination. The next generation of gamma-ray spectrometers will consist of highly segmented HPGe detectors equipped with digital electronics, resulting in a more than ten-fold increase in complexity compared to current spectrometers. To enable the construction of a gamma-ray tracking spectrometer, new and powerful digital electronics will be developed. Preprocessing algorithms, giving the gamma-ray energy and generating event triggers, were implemented on a VME module equipped with fast A/D converters and tested with different detectors and sources. Emphasis was placed on the detailed simulation and understanding of the algorithms as well as the influence of electronics and detector onto the energy resolution

Translation of abstract (German)

MINIBALL ist ein vielseitiges Spektrometer zum effizienten Nachweis von seltenen Zerfaellen in Kernreaktionen mit radioactiven Ionenstrahlen, bestehend aus 24 HPGe Detektoren, die der Laenge nach sechsfach segmentiert sind. MINIBALL war das erste Spektrometer ausgestattet mit digitaler Ausleseelektronik. Pulsformanalyse-Algorithmen zur Bestimmung des Wechselwirkungsorts wurden fuer einen digitalen Signalprozessor implementiert und in einem Experiment mit gebuendelten Gamma-Strahlen verifiziert. Die Eigenschaften der Algorithmen wurden deshalb besonders untersucht, sowie die sich daraus ergebenden Konsequenzen fuer die Implementierung und die Anwendbarkeit zur Positionsbestimmung. Die naechste Generation von Spektrometer zum Nachweis von Gamma-Strahlung besteht aus hochsegmentierten HPGe Detektoren, die mittels digitaler Elektronik ausgelesen werden, was dazu fuehrt, dass die Komplexitaet im Vergleich zu aktuellen Spektrometern um mehr als einen Faktor 10 ansteigt. Fuer den Aufbau eines Gamma-ray tracking Spektrometers wird neue und leistungsfaehige Ausleseelektronik entwickelt. Algorithmen zur Vorverarbeitung der Detektorsignale wurden auf einem VME Modul ausgestattet mit schnellen A/D Wandlern implementiert und mit verschiedenen Detektoren und Quellen getestet. Diese Algorithmen werden zur Detektion und zur Bestimmung der Energie von Gamma-Strahlung benutzt. Schwerpunkt war dabei das genaue Verstaendnis der Algorithmen durch gezielte Simulationen sowie der Einfluss von Elektronik und Detektor auf die erzielte Energieaufloesung.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Dr. Dirk Schwalm, Prof.
Date of thesis defense: 20 October 2004
Date Deposited: 27 Oct 2004 16:36
Date: 2004
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Germaniumdetektor, Zeitdiskrete Signalverarbeitung, Signalverarbeitung
Uncontrolled Keywords: Moving Window Deconvolution , GRT4 VME Modul , Pulsformanalyse , MINIBALL , XIA DGF-4CMoving Window Deconvolution , GRT4 VME Module , Pulse Shape Analysis , MINIBALL , XIA DGF-4C
Additional Information: Teile in: Lazarus, I.H. et al., The GRT4 VME pulse processing card for segmented germanium detectors, IEEE Trans. Nucl. Sci. Vol. NS-51 (2004) 1353-1357
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