Mobiler Messaufbau für Neutronendiffraktion und Neutronenimaging

Im Rahmen eines Forschungsprojektes soll ein mobiler Messaufbau für kombinierte Neutronendiffraktion und Neutronenimaging, für die Anwendung in der Festkörper-Batterie Forschung, am Institut Laue-Langevin in Grenoble installiert werden. Für diesen Messaufbau müssen einen Neutronendetektor und ein Chopper System inklusive Software und Workstation für die Bildgebung beschafft werden. Im Folgenden werden die notwendigen Anforderungen und daraus resultierenden Gerätespezifikationen dargelegt. Ausgeschrieben wird: 1. Detektor für Bildgebung mit Neutronen • Optische Auflösung - Der Detektor muss mindestens eine Auflösung von 1M Bildpunkten erreichen, bzw. bei einer Aktive Fläche von 20 mm x 20 mm eine effektive Pixelgröße von 20μm x 20μm. Dieser Wert kann durch Super-Resolution erzielt werden. Hierbei soll der Sensor über mindestens 256x256 Physikalische Pixel verfügen. • Austauschbarer Szintillator - Der Detektor wird potentiell an verschiedenen Beam-Lines eingesetzt, sodass der Szintillator austauschbar sein muss um entweder Effizienz oder Ortsauflösung optimieren zu können. Bei den mitgelieferten Szintillatoren soll mindestens eine Effizienz von 50% bei 4Å erreicht werden können, bei einer Ortsauflösung von mindestens 30μm (bzw. 60um μm Line-Pairs bei 10% Modulationsübertragungsfunktion). • Portabilität - Das Endgültige System muss portabel sein, sodass an verschiedenen Instituten gemessen werden kann, sowie ein leichter Zusammen- und Abbau gewährleistet ist. Der Detektor sollte zusammengebaut nicht mehr als 30 Kg wiegen, schockunempfindlich und in einem dafür mitgelieferten Koffer transportierfähig sein. • Anforderungen an das Kamerasystem - Um Flexibilität, sowie ein kompaktes und leichtes Baudesign zu erreichen soll die Auslese über eine Kamera erfolgen welche einzelnen Lichtquanten auszählt. Beispiele hierfür sind Timpix3 basierte Kameras (Telesto der Firma ASI) oder Event-Kameras von Prohesee, gekoppelt an MCP-Bildverstärker. Hierbei muss die Kamera folgende Kriterien erfüllen: - Für Wellenlängen von 400nm – 550nm muss mindestens eine Quanteneffizienz von 15% erreicht werden (im Durchschnitt). - Sensitivität auf einzelne Lichtquanten, z.b. MCP-Bildverstärker in Chevron Konfiguration. - Sensor Größe von maximal 30 mm x 30 mm für die Nutzung von kommerziell verfügbaren Objektiven. - Kamera verfügt über einen C-mount oder M-mount Anschluss für kommerzielle Objektive. - Eine kontinuierliche Pixel-Eventrate im Listmode-Format von mindestens 40 MHz muss erreicht werden können. - Die Pixel Auslese/Totzeit darf maximal 1 μs betragen. - Für eine einfache Integration soll die Kamera Datenübertragung über eine Ethernet Schnittstelle erfolgen. - Datenpakete müssen zeitlich einstellbar sein von 0.1s bis zu 10s pro Datenpacket. - Kontinuierliche Datenaufnahme ohne Datenlücken. - Aufnahme von externen Trigger-Signalen zur Synchronisierung mit mindestens 1 μs Zeitauflösung für Anwendungen mit Time-Of-Flight Neutronen. - Timestamping einzelner Pixel mit mindestens 1 μs Zeitauflösung. 2. Neutronen Chopper System - Fermi Chopper System bis zu 20Hz Drehfrequenz. - 3D‑gedruckter BPE‑Mehrkanal‑Chopper‑Einsatz. - BPE‑Einsatz mit 100 mm Durchmesser und einer Mehrkanalstruktur aus 0,5 mm × 0,5 mm Kanälen auf einer Fläche von 30 mm × 30 mm. - Energieauflösung von mindestens 10 % bei 4 Å und einer Flugstrecke von 10 m. - Motor und Steuergerät inklusive. 3. Server und Software - Betriebssystem Unterstützung: Ubuntu 22.04 LTS - Automatisierte Datenreduktion die extern angesteuert werden kann und Neutronen-Events in List-mode sowie in Tiff-Stacks für Monochromatische sowie Time-of-Flight Neutronenmessungen zur Verfügung stellt. - Einstellung von Parametern: o Pulse-Shape Diskrimination für Neutron/Gamma o Pulse-Height Diskrimination für Neutron/Gamma o Anpassungsmöglichkeit von Parametern für verschiedene Szintillatoren: Optimierungen für Ort oder Zeitauflösung und Trigger-Efficiency müssen möglich sein um bei Szintillatorwechsel das System anpassen zu können. - Softwareupdates (Aktualisierung, Fehlerbehebung, Performanceverbesserung einer Version) kostenlos mind. innerhalb der Gewährleistung - Softwareupgrades (Erweiterung, neue Funktionen, ggf. neue Struktur) kostenlos mind. innerhalb der Gewährleistung - Kundenseitige Steuerung/Programmiermöglichkeit der Kamera/Datenpakete 4. Lieferumfang - Dokumentation: Software Manuals und 3D-Modelle der Kamera im STEP Format - Betriebsanleitung (Englisch)