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Ultraschnelle A/D-Wandler für die Wissenschaft
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Schnelle A/D-Wandler in der Teilchenphysik
Ein typischer Anwendungsfall von Hochgeschwindigkeits-ADCs für wissenschaftliche Messtechnik in der physikalischen Großforschung ist die Erfassung von schnellen Signalen, die durch Teilchenkollisionen, Interaktionen von Teilchen oder Photonenbeugung entstehen. Bild 2 zeigt ein Signal, das bei einem typischen Röntgenexperiment ausgegeben wird.
Bei Experimenten dieser Art sind mehrere Detektoren erforderlich, um den Rauschabstand zu verbessern und die Wahrscheinlichkeit der Erkennung von seltenen Ereignissen zu erhöhen. Als Detektoren werden häufig Vieldrahtproportionalkammern (MWPC), Mikrokanalplatten oder Siliziumstreifendetektoren verwendet. Die Möglichkeit, die Verstärkung für die Kalibrierung und die Stabilität der Verstärkung einzustellen, sind für diese Art von Experimenten wichtige Parameter.
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In der Laserfusionsforschung kann die Neutronenstreuung Hinweise darauf liefern, ob die Parameter der Fusionsreaktion erfüllt werden. Insbesondere die Detektion eines abwärts gestreuten Sekundärneutrons kann für das Verständnis des Prozesses unerlässlich sein. Dies ist in Bild 3 dargestellt. Hier ist zu sehen, dass das Sekundärneutron eine deutlich geringere Intensität aufweist und im Ausläufer des initialen Primärneutrons auftreten kann. Ein schnelles Vielkanalsystem kann die Detailauflösung bieten, die die Detektion des Sekundärneutrons ermöglicht.
Ein weiteres Beispiel für den Bedarf an A/D-Wandlern mit hoher Abtastrate sind Experimente zum Nachweis von dunkler Materie. Das »DarkSide«-Experiment im Forschungslabor Gran Sasso in den italienischen Alpen verwendet einen Argontank, der von tausenden von Lichtdetektoren umgeben ist, um nach der Signatur zu suchen, die auf passierende schwach wechselwirkende schwere Teilchen (WIMP) hinweist. Die Existenz von WIMP wäre für die theoretische Berechnung der Gesamtmasse des Universums von grundlegender Bedeutung. Diese Experimente erfordern eine hohe Abtastrate, da die Signatur von der Korrelation von zwei Photonen abhängt, die aus derselben WIMP-Interaktion herausgeschlagen werden. Die allgemeine Fähigkeit des Messsystems, Ereignisse mit hoher Genauigkeit zu korrelieren, und die Möglichkeit zur konsistenten Synchronisierung aller ADCs im System spielen ebenfalls eine wichtige Rolle.
Diese Anforderungen konnten mit dem Digitalisiergerät »PXIe5162« von National Instruments (das den EV10AQ190 enthält) vollständig erfüllt werden. Die Fähigkeit des Messsystems zur Triggerung mit höchster Präzision ist für das Experiment ebenso unerlässlich wie die Flexibilität und Anwenderfreundlichkeit des »Labview«-Systems von National Instruments [2].
- Ultraschnelle A/D-Wandler für die Wissenschaft
- Schnelle A/D-Wandler in der Teilchenphysik
- Schnelle A/D-Wandler in der Massenspektrometrie und der Radioastronomie
- Einsatz bei LiDAR, Ultraschall und optischer Mammografie
- Erweiterung des Dynamikbereichs der A/D-Wandler
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