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Propostas para Fontes de Alta Tensão para

Tubos

Fotomultiplicadores do Detector Neutrinos Angra

Gabriel Luis Azzi 1

Mário Vaz da Silva Filho 2

VI WORKSHOP DE FÍSICA e ASTROFÍSICA DE NEUTRINOS 2009

V ENCONTRO DO PROJETO NEUTRINOS ANGRA

1 Laboratório Eletrônica - CAT - CBPF2 LAFEX – CBPF

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Tópicos

Resultados Obtidos, Conclusões e Perspectivas

Protótipos Realizados das Fontes de

Alta Tensão Positiva e Negativa

Requisitos para a alimentação de PMTs

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• Necessidade de fontes de alta tensão para alimentar tubos fotomultiplicadores – PMT com tensões positivas ou negativas, nas

faixas de +1500 a +2300 volts a 3 mA e -500 a -1000 a 0,5 mA, respectivamente.

Ponto de partida

• As fontes de alta tensão tem conversores CC-CC com:

• Ruído e consumo baixos, • Estabilidade e rendimento altos.

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- Custo mais alto - Modificações e manutenção difíceis

- Informações do fabricante insuficientes - Falta de peças de reposição no mercado - Protegidas com resina epoxi

Nosso protótipo:

- Modular e Adaptável- Baixo custo- Manutenção fácil- Monitoramento remoto- Confiabilidade e taxa de falhas adequados

Motivações

Fontes Comerciais:

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• O ganho do PMT é função da alta tensão aplicada no PMT:

Requisitos da Alimentação para PMTs

• Para medidas de precisão com a PMT é preciso que a fonte de alta tensão apresente:

- Alta estabilidade e regulação de linha e carga, - Alta estabilidade com a temperatura, - Baixo ripple.

• É necessário também controle ou monitoração da temperatura.

K é uma constante

N é o n° de dinodos

depende do material do dinodo, entre 0.6 e 0.8

1 G = K. V N

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Knoll G. Radiation Detection and Measurement John Wiley Sons, 1999

• O ganho é muito sensível à variação da

alta tensão, e da temperatura.

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Projeto da Fonte Chaveada

Diagrama de Blocos

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• Tensão de saída: 1700V a 2300V• Corrente de saída máxima: 3mA• Tensão de Alimentação: 10V a 14V• Consumo máximo de potência: 6,9 W• Tensão de ondulação (ripple) < 10mV• Regulação de linha < 0,1%• Regulação de carga < 0,2%• Estabilidade: melhor que 0,1%• Eficiência: rendimento melhor que 80%

Protótipo de fonte de alta tensão positiva - 1

Especificações:

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Protótipo da fonte de alta tensão positiva - 2

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Protótipo da Fonte Positiva - 3

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Protótipo da Fonte Positiva

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Estabilidade da Fonte Positiva: 

1º Ensaio: com PMT

V entrada = 12VoltsPeríodo: 96 horasTemperatura: 25 °C

Estabilidade: ± 0.1%

V entrada = 12VoltsI saída= 2mAPeríodo: 14 horasTemperatura: 21°CMonitoramento: digital - LabView

2º Ensaio: com carga p/ 2mA

Estabilidade: ± 0.1%

Gráfico da estabilidade no período de 14 horas

Gráfico da estabilidade na primeira hora de funcionamento

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Rendimento da Fonte Positiva

a) Para correntes de carga diferentes: b) Para tensões de entrada diferentes:

Condições:Ventrada= 12 VoltsHV= 1900 Volts

Condições:I saída= 2mAHV=1900 Volts

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Ensaios com a Fonte Positiva no teste da Hamamatsu 5912

AngraNote 003-2007

Test Setup to Measure Gains of the Angra Photomultipliers Using the Single Photoelectron Technique

W. Raposo, M. Vaz - CBPF, Rio de Janeiro, BrazilL. Villasenor - UMSNH, Morelia, Mexico

Measurements of Signals from Muons Crossing Vertically and Horizontally the Hamamatsu R5912 PMT

AngraNote 004-2007

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Protótipo de fonte de alta tensão negativa - 1

• O projeto é idêntico ao do protótipo da fonte de altas tensões positivas. Difere quanto ao dobrador de tensão com filtro capacitivo que fornece tensões negativas

e a realimentação para estabilização da tensão de saída.

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• Tensão de saída: -500V a -1000V• Corrente de saída máxima: 0,5mA• Tensão de Alimentação: 10V a 14V• Consumo máximo de potência: 0,5 W• Tensão de ondulação (ripple) < 10mV• Regulação de linha < 0,1%• Regulação de carga < 0,2%• Estabilidade: melhor que 0,1%• Eficiência: rendimento melhor que 80%

Protótipo de fonte de alta tensão negativa - 2

Especificações:

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Protótipo Final de fonte de alta tensão negativa - 3

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Trabalhos em Andamento

• Implementação da lógica de controle por meio de microcontroladores PIC e/ou DSP’s.

• Utilização de componentes em tecnologia SMD;

• Melhoria da estabilidade e do ripple.

• Optimização do lay-out e encapsulamento, aperfeiçoando a imunidade a ruídos (EMI);

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Trabalhos em Andamento

• Criação da interface com o computador para o monitoramento das leituras das tensões e correntes de entrada e saída da fonte de alta tensão

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Trabalhos em Andamento

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• Determinou-se as características principais das fontes, que apresentaram baixo ruído, alta estabilidade e regulação, baixo consumo, e um rendimento de cerca de 84%, para carga nominal, adequados a PMTs.

• Está na hora de interagirmos com o grupo da Bahia para concluir o monitoramento e controle remotos.

Conclusões -1

• Projetou-se e construiu-se fontes de alta tensão positivas e negativas na faixa de utilização esperada para os tubos fotomultiplicadores – PMTs do detector Neutrino Angra.

• As fontes foram usadas no CBPF em testes de PMTs ( dois anos com a Hamamatsu R5912 e um ano com a H7546A) que duravam vários dias, sem nenhuma falha, mantendo-se a estabilidade melhor que 0,1%.

• Custo das partes é inferior a 200 reais.

Fonte de Alta Tensão Negativa na Bandeja

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• Poderemos usar um sistema de no-break com banco de baterias seladas alimentadas por um carregador / retificador de 220 Vac ?

• Teremos um canal de tensão alimentando uma ou mais PMT?

( agrupar PMT por ganho, uso de splitters com ajuste de tensão individual)

• Usaremos o cabo de alta tensão para conduzir sinal ?

( redução do número de cabos com o uso de splitters )

• Quais as PMT ? Esperamos especificações de tensões máxima e mínima, consumo, ruído/estabilidade da tensão, limitações para correntes e tensões, tudo isto para poder completar o projeto das fontes de alta tensão do detector Neutrinos Angra.

Questões