Photon-to-Digital Converters for Neutron Imaging Instruments, Final Report
Notice bibliographique
Résumé
Oak Ridge National Laboratory (ORNL) collaborated with the Université de Sherbrooke (UdeS) to design a modular and scalable tile of innovative digital photodetectors called Photon-to-Digital Converters (PDC) and the required subsystems to demonstrate the feasibility of large area single-photon detectors to support high-resolution, depth-of-interaction, fast neutron radiography based on scintillation detectors. The goal is to demonstrate the advantages of using PDC over conventional Silicon Photomultiplier (SiPM) for neutron imaging systems. The basic building blocks of analog SiPM and PDC are Single-Photon Avalanche Photodiodes (SPAD). The main difference between conventional SiPMs and PDCs, is in the fact that analog SiPMs sum the charge produced by individual SPAD passively, while in PDCs each SPAD is read out individually by an active electronic circuit. Hence, PDCs provide a direct photon-to-bit conversion where a logic “1” means that there was a detection in a given SPAD. Conversely, an analog SiPM requires a sophisticated preamplifier (current amplifiers or transimpedance amplifier) followed by a shaping amplifier and an analog-to-digital converter. Moreover, since the charge from each SPAD varies slightly, the passive sum of the analog SiPM will have signal fluctuations for the same amount of photon detected. This is one of many issues that is completely eliminated by individual one-to-one SPAD read out in PDCs. The large area required for scintillator readouts for neutron imaging is such that the output capacitance of a large area of SiPM arrays is very high. This creates a burden on the signal-to-noise optimization with respect to the power budget. For PDC, the power consumption is dictated by rate of the incident photon flux, or in photon-starved environments, the dark noise rate of the SPAD array. In other words, the power consumption in the absence of events is extremely low. Hence, the power consumption of a PDC read out system is much lower than its analog counterpart. Further, the large SiPM capacitance may introduce signal distortions on the scintillator fast rise or decay time with undesired effects on timing and pulse shape discrimination. The problem is absent in PDCs, as their readout is independent on device capacitance. UdeS is the world leader in 3D vertical integration of frontside illuminated SPAD arrays over CMOS readouts. These capabilities allow future production of “3D PDC” with maximum photosensitive fill factor and electronic functionalities tailored to the application. UdeS' vast knowledge of SPADs and CMOS design made the team an ideal collaborator in the development of large area high-resolution fast neutron radiography.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,029 | 0,010 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».