New 36-Element Pixel Array Detector

New 36-Element Pixel Array Detector at the ANBF –
Choosing the Right Detector for Your Beamline
Garry Foran1, James Hester1, Richard Garrett1,2, Pierre Dressler3, Charles Fonne3,
Jean-Olivier Beau3 and Marie-Odile Lampert3
1 Australian Synchrotron Research Program, KEK-PF, Oho 1-1, Tsukuba, Ibaraki, Japan 3050801.
2 ANSTO, PMB1, Menai, NSW 2234. 3Canberra-Eurisys,1, chemin de la Roseraie, Parc des Tanneries, 67380
Lingolsheim, France
Abstract. The Pixel Array Detector for XAFS data collection recently commissioned at the Australian National
Beamline Facility is well matched to a busy second-generation bending magnet source where both high and low-flux
applications are routinely encountered. In combination with the digital counting chain, throughput has improved by
approximately a factor of 5. Detector resolution deteriorates slightly at high count rates.
Keywords: Pixel Array Detectors, Digital Signal Processing, XAFS
PACS: 87.64.Fb,07.50.Qx,07.85.Qe
INTRODUCTION
A new solid state detector system for fluorescence
XAS experiments was installed at the Australian
National Beamline Facility (ANBF)[1] at the Photon
Factory in Tsukuba, Japan in late 2005. The system
consists of a 36-element monolithic planar germanium
array detector (Canberra-Eurisys), digital signal
processing electronics (XIA)[2], a “Zero Boiler” liquid
nitrogen recovery system (Canberra Japan KK) and
integration and control software written mostly in
SPEC (Certified Scientific Software). The complete
system was purchased from and is supported by
Canberra Japan KK.
The choice of technology (monolithic versus
discrete-element array) and specifications of the
detector system were matched specifically to the light
source and instrumentation at the ANBF which sits on
bending magnet port BL-20B at the Photon Factory.
On a 2nd generation BM source with no focusing
optics, many XAS experiments are “flux-limited”.
That is, the SSD typically operates within its
maximum throughput limit and as a result, data are
collected often with the fluorescence detector as close
as possible to the sample. In such circumstances, a
compact array detector with maximum active area:total
area ratio, a total area matched to the existing
instrumentation and an optimized pixel size for
maximum throughput reaps the most benefit from the
available flux. The pixel array detector (PAD)
technology (otherwise referred to as monolithic or
planar)[3,4] was deemed the best fit to these criteria.
The germanium crystal used in the detector is
50mm square and has been surface modified and
etched into a 6 x 6 array of pixels in which each pixel
is 8mm square. These dimensions produce an array
with an active area in excess of 2300 square mm. The
solid angle subtended by the array at a given distance
from the sample is very similar to that of the 10-
element discreet crystal array formerly in use at the
ANBF. The physical size of the detector was
determined by the opening angle of controlledenvironment
instrumentation in use at the beamline
(cryostat, furnace etc.) and the need to operate the
detector close to the sample. Figure 1 shows an
overlay comparison of the new 36-element PAD with
the former discrete 10-element and commonly-used
19-element Canberra arrays. The 10-element model
had an active area of just 1000 square mm. Thus, a 2.3
fold increase in active area is achieved with the new
system for about the same total area.
FIGURE 1: Comparison of PAD detector with Canberra 10
and 19-element discrete arrays.
Overall detector throughput is also enhanced with
this design as each pixel has a smaller surface area
than each element of the superseded 10-element
model. The larger active area and enhanced
throughput combined with the accurate dead time
correction capabilities of the digital electronics results
in a total increase in fluorescence signal throughput of
around a factor of 5.
DETECTOR CHARACTERISTICS
Results of initial detector characterization at low
count rates are given in Table 1.
FIGURE 2. Variation of FWHM with count rate at different
energies.
The dead time of the digital counting chain is
determined by the software-configurable minimum
peak separation. With filter parameters of 1

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เครื่องตรวจจับเรย์พิกเซล 36 องค์ประกอบใหม่ที่ ANBF-เลือกจับขวาสำหรับ Beamline ของคุณGarry Foran1 เจมส์ Hester1 ริชาร์ด Garrett1, 2, Pierre Dressler3 ชาร์ลส์ Fonne3Beau3 จีนโอลิเวียร์และมารีจักรยาน Lampert3รตรอนออสเตรเลีย 1 วิจัยโปรแกรม เกกลอค-PF, Oho 1-1, Tsukuba อิบารากิ ญี่ปุ่น 30508012 ANSTO, PMB1 ดาว NSW 2234 3Canberra-Eurisys, 1, chemin de la Roseraie, Parc des Tanneries, 67380Lingolsheim ฝรั่งเศสบทคัดย่อ จับเรย์พิกเซลสำหรับเก็บรวบรวมข้อมูล XAFS รับหน้าที่เมื่อเร็ว ๆ นี้ ที่ประเทศออสเตรเลียสถาน Beamline ดีจับคู่กับแหล่งแม่เหล็กดัดรุ่นที่สองว่างทั้งสูง และต่ำฟลักซ์การใช้งานเป็นประจำพบ ร่วมกับโซ่นับดิจิตอล อัตราความเร็วได้ดีขึ้นโดยประมาณเป็นปัจจัย 5 เครื่องตรวจจับความละเอียดเสื่อมเล็กน้อยสูงจำนวนอัตราคำสำคัญ: เครื่องตรวจจับเรย์พิกเซล การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล XAFSPACS: 87.64.Fb,07.50.Qx,07.85.Qeแนะนำระบบตรวจจับสถานะของแข็งใหม่เรืองแสงติดตั้งการทดลอง XAS ที่ออสเตรเลียสินเชื่อชาติ Beamline (ANBF) [1] ที่โฟตอนโรงงานใน Tsukuba ญี่ปุ่นในปลายปี 2005 ระบบประกอบไปด้วยเจอร์เมเนียมระนาบเสาหิน 36 องค์เครื่องตรวจจับเรย์ (แคนเบอร์รา-Eurisys), สัญญาณดิจิตอลการประมวลผลอิเล็กทรอนิกส์ (เซี่ย) [2], "ศูนย์หม้อน้ำ" ของเหลวระบบกู้คืนไนโตรเจน (เคเคญี่ปุ่นแคนเบอร์รา) และรวมและควบคุมซอฟต์แวร์ที่เขียนส่วนใหญ่ในข้อมูลจำเพาะ (รับรองซอฟต์แวร์วิทยาศาสตร์) สมบูรณ์ซื้อจากระบบ และรองรับแคนเบอร์ราญี่ปุ่นเคเคทางเลือกของเทคโนโลยี (เสาหินเมื่อเทียบกับแยกองค์ประกอบแถวลำดับ) และข้อกำหนดของการระบบตรวจจับถูกจับคู่โดยเฉพาะกับแสงแหล่งข้อมูลและเครื่องมือวัดที่ ANBF ซึ่งตั้งอยู่บนดัดแม่เหล็กท่า 20B BL โรงงานโฟตอนในรุ่นที่ 2 BM แหล่ง ด้วยไม่โฟกัสเลนส์ การทดลอง XAS หลายมี "ฟลักซ์จำกัด"นั่นคือ SSD มักจะดำเนินการภายในของขีดจำกัดอัตราความเร็วสูงและเป็นผล ข้อมูลรวบรวมมัก ด้วยเครื่องตรวจจับการเรืองแสงที่ใกล้เคียงสามารถเป็นตัวอย่างได้ ในกรณีดังกล่าว การเครื่องตรวจจับเรย์ขนาดกะทัดรัด มีพื้นที่ใช้งานสูงสุด: ทั้งหมดอัตรา พื้นที่ทั้งหมดตรงกับที่มีอยู่ใช้เครื่องมือและมีขนาดพิกเซลที่เหมาะสมสำหรับอัตราความเร็วสูงที่ชัดที่สุดได้รับประโยชน์จากการมีฟลักซ์ เครื่องตรวจจับเรย์พิกเซล (PAD)เทคโนโลยี (หรือ เรียกว่าเสาหินเป็น หรือระนาบ) 3 [4] ถือว่าเหมาะสมที่สุดกับเกณฑ์เหล่านี้คริสตัลเจอร์เมเนียมที่ใช้ในเครื่องตรวจจับ50 มม.สแควร์ และได้รับการแก้ไขพื้นผิว และแกะสลักเป็นพิกเซลในแต่ละพิกเซลซึ่งหลากหลาย 6 x 6ตาราง 8 มม. มิติเหล่านี้ผลิตอาร์เรย์มีพื้นที่ใช้งานเกิน 2300 ตารางมิลลิเมตรมุมตันที่ระนาบ โดยอาร์เรย์ที่ระยะทางที่กำหนดจากตัวอย่างจะคล้ายกับที่ของ 10-เรย์รอบคอบคริสตัลองค์ประกอบเดิมในการใช้การANBF ขนาดทางกายภาพของอุปกรณ์ตรวจจับกำหนด โดยมุมเปิดของ controlledenvironmentใช้เครื่องมือในการใช้ beamline(cryostat เตาฯลฯ) และต้องดำเนินการเครื่องตรวจจับใกล้ตัวอย่าง รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบซ้อนทับแผ่น 36 องค์ใหม่ด้วยอดีตแบบแยกองค์ ประกอบ 10 และ ใช้กันทั่วไปองค์ประกอบ 19 แคนเบอร์ราอาร์เรย์ รุ่น 10 องค์ประกอบมีพื้นที่ใช้งานเพียง 1,000 ตารางมิลลิเมตร ดังนั้น 2.3พับเพิ่มพื้นที่ใช้งานได้อย่างสมดุลใหม่ระบบสำหรับเกี่ยวกับพื้นที่เดียวกันรูปที่ 1: การเปรียบเทียบของเครื่องตรวจจับแผ่นกับแคนเบอร์รา 10และอาร์เรย์แบบแยกองค์ประกอบ 19โดยรวม เครื่องตรวจจับความเร็วจะเพิ่มขึ้นด้วยการออกแบบนี้เป็นแต่ละพิกเซลมีพื้นที่ขนาดเล็กกว่าแต่ละองค์ประกอบ 10 องค์ประกอบแทนรุ่น พื้นที่ใช้งานขนาดใหญ่ และดีขึ้นอัตราความเร็วรวมกับเวลาถูกต้องตายแล้วความสามารถในการแก้ไขผลดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์ในการเพิ่มขึ้นทั้งหมดในเรืองแสงสัญญาณอัตราเร็วรอบตัวคูณของ 5ตรวจจับลักษณะผลการจำแนกลักษณะเริ่มต้นจับที่ต่ำจำนวนราคาดังในตารางที่ 1รูปที่ 2 รูปแบบของ FWHM จำนวนอัตราที่แตกต่างกันพลังงานเวลาตายของห่วงโซ่การนับดิจิตอลกำหนด โดยขั้นต่ำกำหนดซอฟต์แวร์การแยกพีค มีตัวกรองพารามิเตอร์ของ 1