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Anwenderbericht – Zyla sCMOS-Kamera am Fusionsreaktor

Anwenderbericht von Oliver P. Ford, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Greifswald, olfo@ipp.mpg.de

Andor Zyla sCMOS

2013 wurde für die Fusionsanlage ASDEX Upgrade eine Polarisations-Bildgebungsdiagnostik namens IMSE (Imaging Motional Stark Effect) entwickelt. Erste Ergebnisse waren vielversprechend, aber ein schlechtes Signal/Rausch-Verhältnis und die zeitliche Auflösung schränkten die Leistungsfähigkeit des Systems ein.

Es wurde beschlossen, eine andere Imaging-Kamera zu verwenden. Aus einer Vielzahl kommerziell erhältlicher Kameras wurde die Zyla-4.2- CL10 sCMOS (scientific CMOS) von Andor Technology ausgewählt. Innerhalb der Experimentierhalle des ASDEX Upgrade ist die Kamera sehr rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt:

  • Starke Vibrationen
  • Starkes und sich schnell änderndes magnetisches Feld: B > 50mT
  • Starker Gamma- und Neutronenstrahlungsfluss: >107 cm-2 s-1 14 MeV und 2,45 MeV Neutronen
  • Elektromagnetische Interferenzen durch benachbarte Hochleistungsquellen (z. B. 6 MW-Hochfrequenz-Heizung bei > 30 MHz)
Andor Zyla

LOT-QuantumDesign hat uns vor dem Kauf eine Zyla-Kamera zum Testen zur Verfügung gestellt. In der ASDEX Upgrade-Experimentierhalle arbeitete die Kamera bei einer Magnetfeldstärke von bis zu 40 mT. Mit Hilfe einer kleinen Eisenabschirmung konnte auch bei stärkeren Feldern gearbeitet werden. Weder die EM-Interferenzen noch die starken Vibrationen hatten einen messbaren Effekt auf die Leistungsfähigkeit der Zyla. Die Kamera detektierte zwar erhebliches Strahlungsrauschen, aber eine dauerhafte Beschädigung, die sich als Anstieg im Dunkelstrom einiger Pixel zeigte, hielt sich in Grenzen. Die Zyla sCMOS-Kamera bietet eine große Auswahl an Belichtungs- und Triggermodi. Die dadurch gewonnene Flexibilität ist sehr hilfreich für die IMSE-Experimente. Zudem können sehr hohe Bildraten erzielt werden, z. B. bei 2560 x 64 Pixeln mehr als 3.000 Bilder/s.

Die Kamera zeigte eine gute Leistung und stellte eine bedeutende Verbesserung sowohl der Image-Qualität als auch der zeitlichen Auflösung dar.


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