PMT高圧制御

メンバー

窪　　秀利 (代表:京都大学)
水本　哲矢 (京都大学)
水村　好貴 (京都大学）
岩城　智　 (京都大学)
内田　智久 (IPNS, KEK）
池野　正弘 (IPNS, KEK）

概要

我々は、Sub-MeV～MeVエネルギー領域での天体γ線観測のために、電子飛跡検出型コンプトンカメラ(Electron-Tracking Compton Camera, ETCC)を開発している。ETCCはマイクロパターンガス検出器μ-PICを用いたTime Projection Chamber(μ-TPC)とそれを取り巻くシンチレーションカメラで構成される。我々は、中型のETCCを開発し、これを気球にのせて実際に天体γ線を観測することでイメージング性能の検証を行うことを計画している(SMILE-II実験)。

シンチレーションカメラはGSOピクセルシンチレータアレイとマルチアノードPMT(浜松ホトニクス H8500C)で構成されるが、SMILE-II実験で使用予定のPMTは216本と膨大な数で、気球にのせる重量、スペースの問題から小型、軽量、コンパクトな高電圧供給回路が必要である。また、通信により電圧値を指示したり、PMTの正常動作の検証のため、PMT高電圧供給ラインの電流値のモニターを行いたい。本プロジェクトではDC/HV-DC Converter EMCO Q12N-5とマイコンを用いて、SMILE-II実験用のPMT高圧制御回路を開発する。

機能・特徴

PMTに印加するHVを生成、制御するための基板である。

PMT６本の高電圧印加＆制御が可能

UART通信にて PMT２本ごとに HVの設定値を変更可

搭載ADCにより PMT電流値のモニターが可能

HVは、1kV/20sec 程度で徐々に昇圧（昇圧速度変更可）

電源投入時、Flashメモリ内の最新履歴に向かって自動で HV昇圧

CRC による通信データビット抜け判定搭載

公開リソース

Open-Itメンバー向けに公開

PMT HV基板の回路図

PMT HV基板の基板図

PMT HV基板の回路図(revised version)

マイコンコード(2014年5月21日作成)

PMT HV基板マイコンRS232C通信仕様

PMT HV基板 dip switch設定

PC→PMT HV基板　HV DAC値送信　/　PMT HV基板→PC ステータス受信プログラム

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使い方

1.マイコン用電源としてDC+3.3V、EMCO、アンプ用に+6Vを入力する。2.PMT HV基板とPCをRS232Cケーブルで接続し、通信仕様に従って電圧上昇、降下、電流値読み出しのコマンドを送る。

図・写真等

PMT高圧制御基板試作品の写真
図1:開発した基板の写真
左のD-sub 9pinはマイコンリセット入力と+3.3V電源入力および+6V電源入出力用の１つと、RS232C通信用の2つである。PMT高圧制御基板をデイジーチェン的に複数接続して通信することができる(通信用のマイコンのIDはディップスイッチで設定する)。EMCO(Q12N-5)は高圧生成用のモジュールで、0-5V入力に対して0--1.2kVを出力する。0-5V入力はマイコンに内蔵されているDACの出力を使用。EMCO1個で、PMT(Hamamatsu H8500)2つにHVを供給する。すなわち、PMT高圧制御基板1枚あたり、6PMT分にHVを供給できる(写真の右側のスルーホールが出力)。 PMTに供給している電流は電圧に変換の後、マイコン内蔵のADCでデジタル値にして読み取る。

図2:マイコン制御の概念図と複数枚の基板間の通信の概念図

図3:複数枚の基板をつないでRS232C通信で命令、データ送信している様子

図4:各種性能チェックの結果