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Spatial characterisation of a 36-fold segmented AGATA detector via a novel scanning system

Goel, Namita :
Spatial characterisation of a 36-fold segmented AGATA detector via a novel scanning system.
TU Darmstadt, Technical University, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2011)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Spatial characterisation of a 36-fold segmented AGATA detector via a novel scanning system
Language: English
Abstract:

The core principle of segmented gamma-tracking germanium detector arrays like AGATA and GRETA, that will be used in future for 4pi gamma detection, is the application of pulse shape analysis (PSA). The 3D position sensitivity of the HPGe detectors is based on differences in the shape of the charge pulses associated with different interaction points inside the whole volume. It is therefore necessary for this analysis to have a data base containing pulses for all the interaction points inside the detector volume. A full 3D scanning of the detectors, which experimentally determines pulse shapes for each position inside the active volume, is therefore needed. In this thesis, a novel scanning system is presented to determine the HPGe detector pulse shapes as a function of the gamma-ray interaction position inside the detector. The device is based on a pulse shape comparison scan (PSCS) and the positron annihilation correlation (PAC) method which makes it about 100 times faster than the conventional coincidence based scanners. The performance and efficiency of the system is superior because of using a position sensitive detector (PSD)/gamma camera. It consists of a LYSO scintillating crystal optically coupled to a position sensitive photomultiplier tube. The individual multianode readout (IMAR) approach is used to achieve a spatial resolution of ~ 1 mm and to optimize its field of view to ~ 28 cm^2. A Compton scattering imaging technique is implemented to perform an accurate position calibration of the gamma camera. The employment of PSD yields an added advantage of imaging capability which allows to study e.g. the details of the inner structure of HPGe detectors and electric field anisotropy effects. The position response of a planar HPGe detector is obtained using the apparatus and the risetime distribution plots are compared with those obtained via a conventional scanning system. However, to validate the aforementioned scanning principle, an AGATA symmetric detector is tested. The risetime values are measured as a function of the interaction position in both the coaxial and quasi-planar region of the detector. Furthermore, the Multi Geometry Simulation (MGS) code is used to generate theoretical distribution plots for comparison. The transition in charge carrier transport behaviour as a function of the depth is studied for the region of the complex electric field. Systematic deviations between simulation and measurement are observed for the critical front part of the AGATA detector. They are interpolated as due to a non-linear impurity concentration profile of the germanium crystal, asking for rigorous scanning of all detectors in the future.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Pulsformanalyse spielt eine wesentliche Rolle für die Funktionsweise von kommenden Detektorarrays für Gammaspektroskopie (AGATA, GRETA). Durch Segmentierung der einzelnen Kristalle aus hochreinem Germanium (HPGe) wird eine Ortsauflösung entsprechend der Segmentgrösse erreicht. Der eindeutige Zusammenhang zwischen dem Wechselwirkungsort im Detektor und der Signalform erlaubt, durch Pulsformanalyse die Ortsauflösung deutlich zu verbessern. Vorraussetzung für PSA Algorithmen ist die genaue Kenntnis der Pulsformen im gesamten Detektorvolumen. Zu diesem Zweck wurde ein neuartiges Scansystem zur Bestimmung von Pulsformen als Funktion des Wechselwirkungsortes in HPGe Detektoren entwickelt und implementiert. Der Apparat basiert auf der Kombination von PSCS (pulse shape comparison scan) und PAC (positron annihilation correlation), wodurch die Methode ca. 100-mal schneller ist als herkömmliche Systeme. Durch den Einsatz eines positionsempfindlichen Detektors konnte die Effizienz entscheidend verbessert werden. Dieser besteht aus einem LYSO Szintillatorkristall, optisch gekoppelt an eine positionssensitive Photomultiplier-Röhre. Es konnte eine Ortsaufösung von ~ 1 mm erreicht werden und das effektive Messfeld erstreckt sich über ~ 19 cm^2. Zuerst wurde das Verfahren an einem planaren HPGe Detektor angewandt und die Ergebnisse mit denen eines konventionellen Scan-Verfahren verglichen. Zur Validierung wurde das neuartige Scan-Prinzip außerdem an einem symmetrischen AGATA Kristall angewandt. Die Anstiegszeiten der Signale als Funktion des Wechselwirkungsortes wurden in verschiedenen Regionen des Detektors vermessen. Ausserdem wurde das Simulationspakt MGS (Multi Geometry Simulation) benutzt, um die gemessenen Werte mit den Ergebnissen der Simulation zu vergleichen. Vor allem wurde der Übergang vom koaxialen zum quasi-planaren Bereich des Detektors anhand der Anstiegszeiten untersucht. In diesem Bereich wurden systematische Abweichungen beobachtet. Diese wurden auf nicht-lineare Verteilungen der Verunreinigungskonzentration des Ge-Kristalls zurück geführt und machen eine rigorose Vermessung aller AGATA Detektoren notwendig.German
Place of Publication: Technical University, Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik > Kernphysik
Date Deposited: 17 Jun 2011 08:29
Last Modified: 07 Dec 2012 12:00
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-26249
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Pietralla, Prof. Dr. Norbert and Aumann, Prof. Dr. Thomas and Durante, Prof. Dr. Marco and Roth, Prof. Dr. Robert
Refereed: 6 June 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2624
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