Development of High Voltage Power Supply for a Photomultiplier

Abstract

Abstract

The purpose of this thesis was to develop a 4-channel high voltage power supply for powering Hamamatsu SL10 photomultiplier tubes in the iTop detector. The iTop detector is part of the Belle 2 detector and it is made for detecting Kaons and Pions (K/π). The Belle 2 detector is made for detecting charged particle violations in the Super KEKB particle accelerator which is located in Tsukuba, Japan. The Super KEKB particle accelerator research project belongs to the KEK High Energy Accelerator Research Organization.

The goal of this thesis was to design a power supply which can generate variable 0 - (-4 000) V for each channel. The voltage can on seen by the monitoring front panel. The development was done at the Instrumentation Development Laboratory in University of Hawaii at Manoa using the PADS circuit board design software.

As a result, the schematic and the first prototype of the power supply were made. At the testing part of the power supply some issues were found concerning the PCB (Printed Circuit Board) design. There was also instability in high voltage output and monitoring. Because of these reasons another prototype version of the power supply was started. In this version all the detected problems are going to be fixed. The main focus in further development is going to be on designing, fabricating and evaluating the next version of the power supply.

Tiivistelmä

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli kehittää 4-kanavainen korkeajännitetehonlähde tuomaan tehoa Hamamatsun SL10-valomonistinputkille iTOP-detektorissa. iTOP detektori on osa Belle 2- -detektoria, joka on kehitetty tunnistamaan kaaoneita ja piioneita (K/π). Belle 2 -detektori on kehitetty tunnistamaan varautuneiden hiukkasten violaatioita Super KEKB -hiukkaskiihdyttimessä, joka sijaitsee Tsukubassa, Japanissa. Super KEKB on KEK High Energy Accelerator Research Organizationin alainen projekti.

Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella tehonlähde, joka tuottaa jokaisessa kanavassa säädettävästi 0 - (-4 000) V jännitteen, joka on seurattavissa erilliseltä monitorointietupaneelilta. Työ tehtiin PADS-piirilevynsuunnitteluohjelmistoa käyttäen Manoan yliopiston mittalaitteiden kehityslaboratoriossa Havaijilla, Yhdysvalloissa.

Työn tuloksena syntyi piirikaavio sekä ensimmäinen prototyyppi tehonlähteestä. Tehonlähteen testausvaiheessa havaittiin piirilevynsuunnitteluun koskevia virheitä sekä epästabiilisuutta ulostulossa sekä korkeajännitteen monitoroinnissa. Tästä syystä tehonlähteestä aloitettiin tekemään toista versiota, jossa kaikki havaitut ongelmat tullaan korjaamaan. Tuotteen jatkokehityksen pääpaino tulee olemaan toisen prototyyppiversion suunnittelussa, valmistamisessa ja testaamisesta.