PiXet pro AdvaPIX TPX3

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F01732731%3A_____%2F19%3AN0000002" target="_blank" >RIV/01732731:_____/19:N0000002 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="http://advacam.com/projekty/vysledky/2019SWR002" target="_blank" >http://advacam.com/projekty/vysledky/2019SWR002</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

angličtina

Název v původním jazyce

PiXet pro AdvaPIX TPX3

Popis výsledku v původním jazyce

The software for Timepix3 chip control via AdvaPIX interface was implemented into PiXet software package. The software provides chip configuration and calibration functions as well as measurement control in all modes of operation and subsequent data processing (on/line or off/line). Some advanced functions improving spectral performance and image resolution are implemented as well. The spectral performance for X-rays and gamma rays was evaluated and optimized to model and suppress the systematic errors and spectral distortions caused by measurable effects: a) Nonlinearity caused by preamplifier: Suppressed by nonlinear calibration function (known model described earlier by J. Jakubek). The three point calibration procedure was designed and implemented to software. b) Depth of interaction causing systematic shift and broadening of spectral peaks: Due to incomplete charge collection in thick CdTe sensor there is larger loss of signal for photons interacting close to the detector surface compared to those interacting deeper. This effect can be corrected because the depth of interaction can be estimated for each photon using charge sharing effect (signal is shared by multiple pixels) since it depends on energy and depth of interaction. The model and calibration procedure for this correction was designed and implemented to PiXet software. c) Internal X-ray fluorescence causing spectral artifacts and image blurring: The primary X-ray or gamma photons can often cause excitation of sensor material (Cd or Te) which is immediately followed by emission of X-ray fluorescence (XRF) photon. Such XRF photon escapes from primary interaction point and then it is detected elsewhere in the sensor. This way the two coincident events with partial energy are detected instead of one event with full energy. Since both events occur in coincidence, they can be recognized using timestamping feature of Timepix3. Then it is possible to determine the primary point of interaction (since the XRF energy for Cd and Te is known) and assign it with full energy (sum of both). This way the extra spectral peaks are suppressed and original energies recovered. d) Internal Compton scattering causing Compton background in spectra and image blurring: The primary X-ray or gamma photon can be scattered on electron within sensor material. Part of its energy is transferred to the electron and part flies away being absorbed elsewhere. This way two events are detected instead of one. Each of these two events would have just part of the energy. The reconstruction technique is similar to previous case: If the two coincident events would obey the Compton scattering formula then their energy is combined and assigned to point of the first interaction. The Compton background in the spectra (and image) is reduced this way and original energy recovered. All above listed methods were implemented into PiXet software. For each of them a specialized calibration technique was designed and implemented into automatic calibration process.

Název v anglickém jazyce

PiXet pro AdvaPIX TPX3

Popis výsledku anglicky

The software for Timepix3 chip control via AdvaPIX interface was implemented into PiXet software package. The software provides chip configuration and calibration functions as well as measurement control in all modes of operation and subsequent data processing (on/line or off/line). Some advanced functions improving spectral performance and image resolution are implemented as well. The spectral performance for X-rays and gamma rays was evaluated and optimized to model and suppress the systematic errors and spectral distortions caused by measurable effects: a) Nonlinearity caused by preamplifier: Suppressed by nonlinear calibration function (known model described earlier by J. Jakubek). The three point calibration procedure was designed and implemented to software. b) Depth of interaction causing systematic shift and broadening of spectral peaks: Due to incomplete charge collection in thick CdTe sensor there is larger loss of signal for photons interacting close to the detector surface compared to those interacting deeper. This effect can be corrected because the depth of interaction can be estimated for each photon using charge sharing effect (signal is shared by multiple pixels) since it depends on energy and depth of interaction. The model and calibration procedure for this correction was designed and implemented to PiXet software. c) Internal X-ray fluorescence causing spectral artifacts and image blurring: The primary X-ray or gamma photons can often cause excitation of sensor material (Cd or Te) which is immediately followed by emission of X-ray fluorescence (XRF) photon. Such XRF photon escapes from primary interaction point and then it is detected elsewhere in the sensor. This way the two coincident events with partial energy are detected instead of one event with full energy. Since both events occur in coincidence, they can be recognized using timestamping feature of Timepix3. Then it is possible to determine the primary point of interaction (since the XRF energy for Cd and Te is known) and assign it with full energy (sum of both). This way the extra spectral peaks are suppressed and original energies recovered. d) Internal Compton scattering causing Compton background in spectra and image blurring: The primary X-ray or gamma photon can be scattered on electron within sensor material. Part of its energy is transferred to the electron and part flies away being absorbed elsewhere. This way two events are detected instead of one. Each of these two events would have just part of the energy. The reconstruction technique is similar to previous case: If the two coincident events would obey the Compton scattering formula then their energy is combined and assigned to point of the first interaction. The Compton background in the spectra (and image) is reduced this way and original energy recovered. All above listed methods were implemented into PiXet software. For each of them a specialized calibration technique was designed and implemented into automatic calibration process.

Druh

R - Software

CEP obor

—

OECD FORD obor

10304 - Nuclear physics

Projekt

<a href="/cs/project/7D16004" target="_blank" >7D16004: PhaseMapper3D</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2019

Kód důvěrnosti údajů

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Interní identifikační kód produktu

2019SWR002

Technické parametry

Software pro řízení čipů Timepix3 přes rozhraní AdvaPIX byl implementován do softwarového balíčku PiXet. Software poskytuje funkce pro konfiguraci a kalibraci čipů a kontrolu měření ve všech provozních režimech a následné zpracování dat (on / line nebo off / line). Implementovány jsou také některé pokročilé funkce zlepšující spektrální výkon a rozlišení obrazu. Spektrální výkon rentgenových a gama paprsků byl vyhodnocen a optimalizován tak, aby modeloval a potlačoval systematické chyby a spektrální zkreslení způsobené měřitelnými účinky: a) Nelineárnost způsobená předzesilovačem: Potlačena nelineární kalibrační funkcí (známý model popsal dříve J. Jakubek ). Tříbodový kalibrační postup byl navržen a implementován do softwaru. b) Hloubka interakce způsobující systematický posun a rozšiřování spektrálních vrcholů: V důsledku neúplného shromažďování náboje v silném CdTe senzoru je větší ztráta signálu pro fotony interagující blízko povrchu detektoru ve srovnání s těmi, které interagují hlouběji. Tento efekt lze napravit, protože hloubku interakce lze odhadnout pro každý foton pomocí efektu sdílení náboje (signál je sdílen více pixely), protože závisí na energii a hloubce interakce. Model a kalibrační postup pro tuto korekci byl navržen a implementován do softwaru PiXet. c) Interní rentgenová fluorescence způsobující spektrální artefakty a rozmazání obrazu: Primární rentgenové nebo gama fotony mohou často způsobit excitaci materiálu senzoru (Cd nebo Te), po kterém okamžitě následuje emise rentgenového fluorescenčního fotonu (XRF). Takový XRF foton uniká z primárního interakčního bodu a poté je detekován jinde v senzoru. Tímto způsobem jsou detekovány dvě shodné události s částečnou energií místo jedné události s plnou energií. Protože obě události se vyskytují náhodně, mohou být rozpoznány pomocí funkce časového razítka Timepix3. Pak je možné určit primární bod interakce (protože energie XRF pro Cd a Te je známa) a přiřadit ji plnou energií (součet obou). Tímto způsobem jsou potlačeny extra spektrální vrcholy a obnoveny původní energie. d) Interní Comptonův rozptyl způsobující Comptonově pozadí ve spektrech a rozmazání obrazu: Primární rentgenový nebo gama foton může být rozptýlen na elektron v materiálu senzoru. Část jeho energie je přenesena na elektron a část letí pryč a absorbována jinde. Tímto způsobem jsou detekovány dvě události místo jedné. Každá z těchto dvou událostí by měla jen část energie. Technika rekonstrukce je podobná jako v předchozím případě: Pokud by se obě shodné události řídily Comptonovým rozptylovým vzorcem, pak se jejich energie spojí a přiřadí se k bodu první interakce. Compton pozadí ve spektrech (a obrázku) je tímto způsobem redukováno a obnovena původní energie. Všechny výše uvedené metody byly implementovány do softwaru PiXet. Pro každou z nich byla navržena a implementována specializovaná kalibrační technika a implementována do procesu automatické kalibrace.

Ekonomické parametry

Software je součástí dodávky detektorů AdvaPIX TPX3, AdvaPIX TPX3 flex a AdvaDAQ. Cena je součástí ceny zařízení.

IČO vlastníka výsledku

01732731

Název vlastníka

Advacam spol. s r.o.