Fast OPAMP-based preamplifier for smart rad-hard detection systems

High-rate Radioactive Ion Beams (RIBs) pose new challenges for In-Flight-RIB facilities. In fact, particle rates up to (10^7)pps make radiation-damage a relevant issue for typical particle tagging systems based on Si-detectors that are intended to work as transmission targets and make challenge also for the front-end electronics. To overcome this limitation new detectors are being developed using materials able to sustain such high rates. Silicon-Carbide (SiC) detectors have promising properties to serve the task. Being coupled to the radiation detector, also the front-end electronics must be able to work in such harsh environment. To do so, two solutions are viable: design rad-hard electronics or design disposable electronics and substitute it in case of failure. In this framework, this master thesis, first, proposes the feasibility study of a disposable and versatile electronics based on the use of commercial OPAMPs coupled to SiC radiation detectors, then it describes a possible implementation of such solution. The thesis is then concluded with preliminary measurements of the designed electronics.

Fasci di ioni radioattivi ad alto rate introducono nuove sfide nell’utilizzo del metodo “In-flight” per la produzione degli stessi. Infatti, frequenze fino a 10^7 pps limitano l’utilizzo di sistemi di identificazione di ioni basati su rivelatori in Silicio usati in trasmissione, a causa dell’elevato danno da radiazione. Lo stesso problema riguarda anche la parte di front-end dell’elettronica, posta in prossimità del rivelatore. Per superare questi problemi, prima di tutto, nuovi rivelatori basati su materiali in grado di sostenere frequenze così elevate, come il Carburo di Silicio (SiC), sono stati progettati. Per quanto riguarda l’elettronica, due soluzioni possono essere adoperate per consentirne il funzionamento in un ambiente ad elevata radioattività: progettare un’elettronica in grado di minimizzare il danno da radiazione o disegnare un’elettronica a basso costo e facilmente sostituibile in caso di malfunzionamenti. La seguente tesi magistrale propone uno studio di fattibilità di un’elettronica a basso costo basata su OPAMP commerciali insieme ad un rivelatore in SiC per realizzare un sistema di identificazione ad alto rate. Inoltre, il documento si conclude con la proposta di una possibile implementazione dell’elettronica studiata insieme a misure preliminari della stessa.