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SPring‐8でのピクセル検出器のg での クセル検出器の利用研究の現状と展望
高輝度光科学研究センター
制御・情報部門ビームライン制御グループ
豊川秀訓, 川瀬守弘, 古川行人, 広野等子, 増永啓康, 大端通
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 1
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PILATUS: フォトンカンティング型ピクセル検出器
PILATUS 100KNumber of modules 1Sensor Silicon diode array (320 m)PILATUS‐100K Sensor Silicon diode array (320 μm)Pixel size 172 x 172 μm2
Format 487 x 195 = 94,965 pixelsArea 83.8 x 33.5 mm2
Dynamic range 20 bit (1:1,046,576)Counting rate > 2 x 106 X-rays/s per pixelQuantum efficiency 8 keV:99%, 15 keV:55%Readout time 2.7 msFraming rate 300 HzPoint-spread function 1 pixelData format 32 bit TIFF, 375 kBExternal trigger 5V TTLExternal trigger 5V TTLSoftware interface Socket connectionCooling Air-cooledPower consumption 15 WDimension 275 x 146 x 85 mmDimension 275 x 146 x 85 mmWeight 4 kg
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 2
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PSI(スイス)との国際研究協力PSIでの2つの大型プロジ クト• PSIでの2つの大型プロジェクト– CMS(Compact Muon Solenoid)/LHC@CERN– SLS(Swiss Light Source)@PSI
グ検 ピ– CMSのトラッキング検出器とSLSの2次元ピクセル検出器(PILATUS: Pixel Apparatus for the SLS )の同時開発(要素技術を共有)
• 1997 SPring 8供用開始• 1997 SPring‐8供用開始• 1999 放射光技術に関するPSIとSPring‐8の研
究協力協定締結– Pixel Apparatus for SPring‐8
• 2001 SLS供用開始– 2001 PILATUS‐I型初号機– 2005 PILATUS‐II型初号機 ☞ SPring‐8へ– CMSに先駆けて実用機の完成
• 2006 SLS検出器グループの一部が独立しM PILATUS
検出器グル 部 独 しDectris社を起業して独立– 2008.10 新工場へ移動し本格的なセールス開始– SLS検出器グループはメンバーを増員してアクティ
Mt. PILATUS
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日
検出器グ ン を増員 アクティビティを維持
3
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ハイブリッド型ピクセル検出器の原理
高抵抗シリコンウエア上に2次元配列されたpnダイオードアレイセンサーとCMOS読み出し集ダイオ ドアレイセンサ とCMOS読み出し集積回路との組み合わせによるハイブリッドピクセル型検出器
センサー上の各ピクセルと読み出し回路とは、直径15μm程度のインジウムバンプを用いて接合されている。
Si sensor, d=320 μm Readout ChipSi sensor, d=320 μm Readout Chip
Bumps 18 μm
Pixel 172 x 172 μm2 Wirebonds
Bumps 18 μm
Pixel 172 x 172 μm2 Wirebonds
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日
Pixel 172 x 172 μm WirebondsPixel 172 x 172 μm Wirebonds
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PILATUS‐II 読み出し集積回路
全 ピク 前置増幅回路 波高弁別回路 カウ タ 回路を搭載全てのピクセルに前置増幅回路+波高弁別回路+カウンター回路を搭載
Rowsel
Row
selection
DIN
PILATUS II Chip: 60 cols, 97 rows
Coloum
nselection
Colsel
ENADCLK
DINDOUTDCALAOUT
6 Bit LatchPi l
PixselPILATUS II Pixel Cell
CHSEL GlobalTresh
+ DAC
CSAmp
CompBumpPad
Pixsel
-
+20 bit Counter
PixselPulseShaper φ1-
Genφ2
CNT/RO
• 60 × 97 = 5820 pixels p
DOUTAOUT
RowselPixsel
Pixsel
Pixsel
Pixsel
ColselCAL
1.6fF&
DCLKENA DIN
p• Pixel size 172 ×172 μm2• Chip size 17.54 ×10.45mm2
• 20 bit counter/pixel (1,048,575 X‐rays)• 6 bit DAC for threshold adjustment
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DOUTAOUT ColselCAL DCLKENA DINj
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利用者に参考にして欲しい一視点
ピクセル検出器CMOSフラットパネルマイクロストリ プ
イメージングプレート >100 000
アナログデータ転送 デジタル転送
ピクセル検出器マイクロストリップガス検出器
イメ ジングプレ トCCD型検出器
>100,000
多素子SSD,APD
高速読み出し化
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積分型と微分型(フォトンカウンティング)
X-rayson detector
E
Integrating イメージングプレート
ADCQ detector
t 不感度時間がない利点はあるが、
イメ ジングプレ トCCD型検出器フラットパネル
t
Single photoncounting detector
不感度時間がない利点はあるが、読み出しのノイズ等の欠点あり
シンチレーション検出器半導体SSD APDV
ThresholdAmplifieroutput
ノイズフリーネ ギ 弁別
半導体SSD、APDPILATUS
VComparatoroutput
Counterエネルギー弁別微弱から強強度までの線形性ダイナミックレンジ制限なしデジタル読み出し(高速)
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 7
デジタル読み出し(高速)
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積分型画像検出器との比較蛍光スクリーン+FOT+CCD型検出器蛍光スクリ ン+FOT+CCD型検出器
タンパク質結晶(Cytidine)のX線回折像
2 × 8 枚の画像を取得して 974 × 780 ピクセルの画像に統合
PILATUS 100K
ルの画像 統合
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 8
ADSC Q210 PILATUS-100K
-
積分型画像検出器との比較(つづき)蛍光スクリーン+FOT+CCD型検出器蛍光スクリ ン+FOT+CCD型検出器
タンパク質結晶(Cytidine)のX線回折像からのビーム中心から高角側への積分強度
ADSC Q210 PILATUS-100KADSC Q210 PILATUS-100K
弱い反射が読み出しノイズに埋もれてしまう
微弱な反射から高強度まで広いダイナミックレンジで精度の良い計測が可能
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精度の良い計測が可能
-
多素子フォトンカウンティング型検出器の例蛍光XAFS用19素子Ge検出器蛍光XAFS用19素子Ge検出器
波高整形増幅回路+波高弁別回路(4ch)
カウ
旧式
ウンター
旧式
現行
入射窓
現行
プリアンプデジタル信号処理
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 10
集積化には限界がある(<100素子)
-
可搬性に富み、設置が簡便なコンパクトなシステム
センサー
アンプ 約10万ピクセル分の回路が検出器に内蔵
コンパレーター
カウンター
検出器に内蔵
GigaSTAR LinuxPCGigaSTAR
+120V電源
±5V電源
ケーブル3本のみ
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 11
実験ハッチ
3本のみ
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5台のPILATUS‐100Kが稼働中、1台追加予定• PILATUS‐100K 1号機、2号機
– 2007A: BL01B1, BL02B1, BL04B2, BL13XU, BL19LXU,BL22XU, BL37XU, BL46XU
– 2007B: BL01B1, BL02B1, BL04B2, BL12XU, BL13XU, BL19B2, BL19LXU, BL22XU, BL37XU, BL39XU
– 2008A: BL02B1, BL04B2, BL12XU, Bl13XU, BL19LXU2008A: BL02B1, BL04B2, BL12XU, Bl13XU, BL19LXU– 2008B: BL02B1, BL13XU, BL29XU
• PILATUS‐100K‐S(産業利用)2008A BL19B2 BL46XU– 2008A: BL19B2, BL46XU
– 2008B: BL02B1, BL19B2, BL46XU• PILATUS‐100K‐U(分光物性Ⅰ)
– 2008A: BL01B1, BL37XU, BL39XU– 2008B: BL01B1, BL37XU, BL39XU
• PILATUS‐100K 450μmセンサーUS 00 50μ センサ– 2008B: BL04B2, BL28B2, BL46XU
• PILATUS‐100K‐ショートボックス型 (BL13XU)2008年度末新規導入予定
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日
– 2008年度末新規導入予定
12
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高フレーム率測定の例
露光 露光 露光expp
読み出し 読み出し 読み出し(>3ミリ秒)
expt デューティサイクル比expt/expp=70%
expo フレーム率100 fps
ni
expp 0.01expt 0 007
image_00000.tifimage 00001 tifexpt 0.007
ni 10000expo image.tif
image_00001.tif:
image_09999.tif
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 13
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鉄鋼溶接凝固過程のin‐situ XRD時分割測定住友金属工業総合技術研究所 米村光治氏他住友金属工業総合技術研究所 米村光治氏他
■Initial stage : δ200//NbC220 (100)δ// (100)NbC■Final stage : Matrix: preferred orientation, NbC: distorted orientation
γ(111)γ(200)Halo pattern (Liquid Phase)
x
(a)200℃ 時間分解能10msec100秒間追随NbC(200)
NbC(311)NbC(111)
δ(110)yNbC(220)
(b)500℃
(e)1420℃
100秒間追随(10,000画像)
Hea
ting
Cool
ing
(200)
γ220γ(111)
( )1400℃
(f)1370℃
γ(200)
NbC(111)
NbC(200)NbC(220)
δ(200)γ(111)γ(111)
δ(110) (g)1150℃
(c)1400℃
δ(200)
γ(200)δ(110)
(d)1660℃
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 14
δ(110)Halo pattern (Liquid Phase) (h)300℃
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外場との同期測定の例パルス磁場との同期パルス磁場との同期
3540 X8 @ ISSP_071115
C : 12 mF
検出器背面パネル
15202530 0.5 kV
1 kV3 kV5 kV7 kV9 kV10 kV
netic
fiel
d (T
)
05
1015
Mag
n
00 4 8 12 16 20 24 28
Time (ms)TTLトリガー
Delay磁場発振
exttコマンド
0 004 i 00000 tifexpp 0.004expt 0.001ni 20extt image tif
image_00000.tifimage_00001.tif
:image 00019 tif
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 15
extt image.tif image_00019.tif
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パルス強磁場下における時分割X線回折東北大学金属研究所 鳴海康雄准教授他
反強磁性体CoO 反強磁性秩序TN 〜 290 K
東 学 属研究所 鳴海康雄 教授他(110)
N
構造相転移立方晶→正方晶a = 4.2552 Åc = 4.2058 Å
磁場の印加による大きな磁気体積効果が期待
測定温度:160 K、磁場〜20 T露光時間:1 msec入射X線エネルギー:24 keV(λ〜0.5Å)
磁気体積効果が期待 回転中心から検出器までの距離:500 mm
0.020
e)
X‐ray Diffractometer Combining Synchrotron Radiation and Pulsed Magnetic Fields up to 40 T Y Narumi et al J Synchrotron Rad (2006) 13 271 274
0 005
0.010
0.015 CoO powderT = 160 K
ffer
ence
2θ
(deg
reeFields up to 40 T, Y. Narumi et al., J. Synchrotron Rad. (2006). 13, 271‐274
Lattice Distortion in Antiferromagnetic CoO under High Magnetic Fields , Y. Narumi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 75 (2006) 075001 Field‐induced Lattice Staircase in a Frustrated Antiferromagnet CuFeO2, N. Terada et al., Phys. Rev. B 74, 180404(R) (2006)Lattice Deformations Induced by an Applied Magnetic Field in the Frustrated
-0.005
0.000
0.005
0 5 10 15 20 25 30 35 40pe
ak p
ositi
on d
ifLattice Deformations Induced by an Applied Magnetic Field in the Frustrated Antiferromagnet HgCr2O4, Y. Tanaka et al., J. Phys. Soc. Jpn. 76 (2007) 043708Correlation between crystal structure and magnetism in the frustrated antiferromagnet CuFeO2 under high magnetic fields, N. Terada et al., Phys. Rev. B 75, 224411 (2007) Magnetization Process and the Associated Lattice Deformations in an
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 16
magnetic field (tesla)Magnetization Process and the Associated Lattice Deformations in an Intermetallic Compound Gd5Ge3, Y. Narumi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 77 (2008) 053711
-
超小角散乱への応用(BL19B2)数100ナノスケールの構造解析(高分子、繊維等)
カメラ長35~40m35 40m
2008A期に実施された課題極小角X線散乱法による高強度・高弾性率繊維のナノスケール構造に関する研究(東洋紡総合研究所、福島 靖憲氏他)末端を官能基修飾した高機能ゴム材料の開発(JSR、富永 哲雄氏他)末端を官能基修飾した高機能 材料の開発( 、富永 哲雄氏他)極小角X散乱法を用いた光学用ポリエステルフィルムの散乱体構造評価(帝人、佐藤 和彦氏他)他1課題成果公開延期
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 17
他1課題成果公開延期
-
シリカ粒子を用いた模擬実験の結果
PILATUSでは5桁以上の
IPデータの一部露光時
PILATUS露光時
PILATUSでは5桁以上のダイナミックレンジを達成(原理的には6桁以上)
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日
(露光時間5分) (露光時間2分)
-
ビームラインとの連動の例1溶液界面回折計@BL37XU
PILATUS
Ionizationchamber
Deflection crystal+ diffractometer
Sample
MOSTAB
X‐ray
2θ arm
absorber
Air bearingStone stage第1ステージ
第2ステージ
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 19
-
スリットスキャンによる従来の手法
-1
Background散乱特に、液液界面で著しく大
検出器スキャン必要
1.0x101
0.8
sity
(a.
u.) Detector height scan
@ qz = 0.200 A-1
オイル層
入射X線 反射X線
0.6
0.4
d b
eam
inte
ns
1
100
オイル層
水層 散乱X線
0.2
0.0Reflecte
d
-1000 -500 0 500 1000
10-4
10-3
10-2
10-1
ctiv
ity
Detector height (μm)
10-7
10-6
10-5
104
Ref
lec
反射率小
スキャンに長時間必要10
-8
10
0.40.30.20.10.0
Qz (A-1
)
射率
スキャンに長時間必要
⇒ 時分割測定の律速
ダブルスリ トの精密な位置調整
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 20
ヘキサン/水界面の反射率 ダブルスリットの精密な位置調整
-
PILATUSによる反射光プロファイル測定10
5
104
2
46
10
unt
s)
Peak line +1 -1 +2-2
250
245
610
3
2
46
nte
nsi
ty (
co
2
260
255
rtic
al
102
2
46In
80706050403020
265
260
ve
2
46
105
ts)
Sum
Pixel
84807672horizontal
270
103
2
46
104
nsity
(cou
nt
気液界面反射光プロファイル
反射光とbackgroundの分離容易
horizontal
102
2
46
103
Inte
80706050403020
反射光とbackgroundの分離容易検出器スキャン不要
⇒ 大幅な計測時間の短縮が実現
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 21
80706050403020
Pixel
-
気液界面反射率測定
計測時間の大幅な短縮 100
バッファ水溶液反射率
@ E=15 keV
計測時間の大幅な短縮
総計測時間: 280 s
正味計測時間 10-2
10-1
100
@ E 15 keV正味計測時間
1 s/1点×80点 = 80 s
機器制御時間 10-4
10-3
ctiv
ity
2.5 s/1点×80点 = 200 s
10-7
10-6
10-5
Reflec
高精度計測の実現
10-9
10-8
10高精度計測の実現
反射率 ~ 10‐9
qz ~ 7 nm‐1
76543210
qz (nm-1
)時間分解計測の実現
qz
fl i f f i i d b li id i f fl S i 8 hkX‐ray reflection from a water surface investigated by a new liquid interface reflectometer at SPring‐8, YohkoF Yano et al., Journal of Physics: Conference Series 83 (2007) 012024Instability of Absorbed Films of 1‐Dodecanol and its Mixture with Sodium Dodecyl Sulfate at the Air/Water Interface, Chika Akabane et al., Transaction of the Materials Reserch Society of Japan, 33[3] 637‐640D i i F b hi d Ad i I d d P i U f ldi A Ti R l d X R fl i i S d
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 22
Driving Force behind Adsorption‐Induced Protein Unfolding: A Time‐Resolved X‐ray Reflectivity Study on Lysozyme Adsorbed at an Air/Water Interface, Yohko F. Yano et al., Langmuir, to be published
-
ビームラインとの連動の例2深さ分解蛍光X線XAFS@BL01B1&BL37XU深さ分解蛍光X線XAFS@BL01B1&BL37XU
PILATUS
IncidentX-ray
Fluorescence X-ray
PILATUS image dataPixel size: 172 μm195 480 i lPILATUSX ray
Each line of PILATUS⇒ Exit angle of
195 × 480 pixels
Layer 1
Layer 2Detectable High exit angle
⇒ Exit angle of fluorescence X-ray
Layer 3Detectable
Undetectable SurfaceHigh exit-angle
PILATUSを蛍光XAFS検出器として応用試料からの蛍光X線の分布をイメージとして測定し各ラインに対すXAFSスペクトルから深さ情報を得る
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 23
-
固体燃料電池電極表面のナノイオニクス解明
3 5 の深さ分解能実現
イオンチェンバー
ガス導入システム
ガス除害システム
3-5 nmの深さ分解能実現SOFC電極に適用実績
白色X線
深さ依存蛍光X線
Fe-4Mn合金アニール処理 @ 500℃深さ方向の構造変化発生
In-situ反応試料セルPILATUS
検出器
分光器
X線 蛍光X線
Mn K端XAFS表面近傍: 合金
内部
PILATUSdetector
Mn酸化状態内部:
Fe-4Mn合金
合金
深さ分解能
~3 - 5 nm程度
表面
X-rayI0 ion chamber
In situ cell
表面
酸化物~ 30 nm
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 24
ay
篠田(東北大)、高垣、谷田、寺田、宇留賀(JASRI)
-
2008Aで実施された課題• BL02B1(単結晶構造解析)
– 共存する電荷秩序が作る機能と構造:電荷秩序ゆらぎの時間・空間分解X線回折– 共存する電荷秩序が作る機能と構造:電荷秩序ゆらぎの時間 空間分解X線回折(2 θ-(BEDT-TTF)2MZn(SCN)4(M=Cs,Rb)の低温電荷秩序構造、電流印加下時分割X線回折)
• BL04B2(高エネルギーX線回折)– 静電浮遊法を用いたボロン融体のⅩ線構造解析(レーザー加熱融解、凝固過程の時分割観察、過冷却)
• BL12XU(台湾ビームラインID)BL12XU(台湾ビ ムラインID)– ☞二次元検出器を用いた共鳴非弾性X線散乱の高分解能・高効率化(Mn K-edge:111meV、Cu K-edge 120 meV)
• BL13XU(表面界面構造解析)– ナノガラスパターンの放射光XRD測定によるナノパターンの構造解析とナノパターン配列の定量的評価による高機能ガラス
の開発(ホットナノインプリント技術によるナノパターンガラスの表面構造解析、小角散乱、12.4keV、8.5m)
(産業利 )• BL19B2(産業利用Ⅰ)– 極小角X線散乱法による高強度・高弾性率繊維のナノスケール構造に関する研究– 末端を官能基修飾した高機能ゴム材料の開発– 極小角X散乱法を用いた光学用ポリエステルフィルムの散乱体構造評価
• BL19LXU(理研物理科学Ⅱ)
極小角度散乱
• BL19LXU(理研物理科学Ⅱ)– パルス強磁場下での時間分割X線回折測定(2次元反強磁性体SrCu2(BO3)2の強磁場磁性と格子変形、0~40T)
• BL37XU(分光分析)– リゾチームの気液界面におけるコンフィギュレーション変化の直接観察– イオン液体|水界面における電気二重層の構造とダイナミクスの X線反射率測定による研究
溶液界 線 射率 折– イオン液体|水界面における電気二重層の構造とダイナミクスの X線反射率測定による研究– 水面上単分子膜用迅速GIXD測定システムの開発– 液/液界面における自発的多重膜形成の直接証明と精密構造解析– Depth-resolved in-situ X-ray absorption spectroscopy measurements of Nd2NiO4 epitaxial thin films(深さ分解XAFS)
• BL39XU(磁性材料)
溶液界面X線反射率・回折
– LuFe2O4におけるFe2+とFe3+の電子励起干渉効果の解明– 高温超伝導銅酸化物の非局所遷移の検証とそのRXES構造の起源の解明– 分子性巨大磁気抵抗効果と共鳴X線発光分光測定
• BL46XU(産業利用Ⅲ)ピクセル検出器の測定面積大型化の技術検討(マルチモジ ル型PILATUS 2M)
共鳴X線発光分光、円筒面集光方式分光器
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日
– ピクセル検出器の測定面積大型化の技術検討(マルチモジュール型PILATUS-2M)– 高強度溶接金属開発のための溶接凝固中δ鉄相生成挙動のその場観察– クリーンミグ溶接条件でのステンレス鋼溶接部相変態挙動のその場観察
25
溶接凝固過程の時分割観察(阪大接合研)
-
大面積PILATUS‐2M大面積PILATUS 2M
Number of modules 3 x 8 = 24
PILATUS‐2M Sensor Silicon diode array (320 μm)Pixel size 172 x 172 μm2
Format 1475 x 1679 = 2,476,525 pixelsArea 254 x 289 mm2Area 254 x 289 mm2
Inter-module gap X:7, Y:17 pixels, 8.0% of total areaDynamic range 20 bit (1:1,046,576)Counting rate > 2 x 106 X-rays/s per pixelQuantum efficiency 8 keV:99%, 15 keV:55%Readout time 3.6 msFraming rate 30 HzPoint-spread function 1 pixelData format 32 bit TIFF, 9.45 MBExternal trigger 5V TTLSoftware interface Socket connectionCooling Water-cooledgPower consumption 200 WDimension 388 x 410 x 408 mmWeight 50 kg
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 26
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タンパク質結晶構造解析用PILATUS 6M@SLSタンパク質結晶構造解析用PILATUS‐6M@SLS
PILATUS‐6M Number of modules 5 x 12 = 60Sensor Silicon diode array (320 μm)Pixel size 172 x 172 μm2
Format 2463 x 2527 = 6,224,001 pixelsArea 431 x 448 mm2
Inter-module gap X:7, Y:17 pixels, 8.4% of total areaDynamic range 20 bit (1:1,046,576)Counting rate > 2 x 106 X-rays/s per pixelCounting rate > 2 x 10 X rays/s per pixelQuantum efficiency 8 keV:99%, 15 keV:55%Readout time 3.6 msFraming rate 12 HzP i t d f ti 1 i lPoint-spread function 1 pixelData format 32 bit TIFF, 23.7 MBExternal trigger 5V TTLSoftware interface Socket connectionCooling Water-cooledPower consumption 350 WDimension 574 x 580 x 402 mmWeight 95 kg
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 27
g g
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CdTeピクセル検出器用ASIC開発
D t t
Photon (E)
RpRs2 Lower Threshold
Upper Threshold
Offset
Vbias
Detector
Q(E)
Vaout1 Vaout2
Cp Cs1 Cs2
Vdout3
Offset
Pre‐Amp Shaper Comparator Counter
aout2
Ccal
Vdout3
TPアナログ部
開発担当者ギ
開発担当者高輝度光科学研究センター 制御・情報部門
広野等子、豊川秀訓宇宙航空研究開発機構
高電荷量(高エネルギーX線)特性ウインドウ型コンパレーター
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宇宙航空研究開発機構池田博一、佐藤悟朗
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まとめと展望
• PILATUS 100K(320μm)• PILATUS‐100K(320μm)– 標準型、時分割X線回折、反射率計、深さ分解XAFS等で実用中– 6keV ~ 30keV領域での利用が主 ☞ 名古屋SRでの利用に最適
• PILATUS‐100K‐450μmPILATUS 100K 450μm– 高感度型特別仕様、BL04B2の高エネルギーX線回折、BL28B2の白色X線回折(閾値ス
キャンによるカラーイメージング法を開発中)
• PILATUS‐2M– 6モジュールによる1/4面積で稼働中(BL46XU他)– H21中に残りモジュールを追加しフルスペックの完成予定
• PILATUS‐6M– SLSのタンパクビームラインで稼働中– Spring‐8への導入は今のところ予定なし
• PILATUS‐XFS秒読 出 率 ピク イズ を開発中– μ秒読み出し、フレーム率10,000fps、ピクセルサイズ75μmを開発中
• Mythen(50μmピッチ×1280型1次元センサー)– BL19B2で試験済み、運用環境を整備中d ピクセル検出器• CdTeピクセル検出器– 30~100keVの高エネルギー領域をターゲット– ウインドウコンパレーター型回路を開発中
H21年度にピクセルサイズ75 m ピクセル数16×16のプロトタイプを製作
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日
– H21年度にピクセルサイズ75μm、ピクセル数16×16のプロトタイプを製作– H22年度、大規模化?、微小ピクセル化?
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リファレンス• 主な参考論文• 主な参考論文
– Methodological Study of a Single Photon Counting Pixel Detector at SPring‐8, H. Toyokawa, M. Suzuki, Ch. Bronnimann, E.F. Eikenberry, B. Henrich, G. Hulsen, P. Kraft, AIP conference proceedings, Volume 879 (SRI2006), 1141‐1144, (2007)
– The PILATUS 1M detector Ch Broennimann E F Eikenberry BThe PILATUS 1M detector, Ch. Broennimann, E.F. Eikenberry, B. Henrich, R. Horisberger, G. Huelsen, E. Pohl, B. Schmitt, C. Schulze‐Briese, M. Suzuki, T. Tomizaki, H. Toyokawa, A. Wagner, J. Synchrotron Rad (2006) 13 120 130Synchrotron Rad. (2006). 13, 120‐130
• WEB情報– http://detector spring8 or jp/pixel/http://detector.spring8.or.jp/pixel/– http://pilatus.web.psi.ch/– http://www.dectris.com/
• Email– [email protected]
Hidenori Toyokawa @ JASRI/SPring‐8 第9回シンクロトロン光利用者研究会, 名古屋大学, 2009年2月10日 30