A design of multichannel gated photomultiplier tube (PMT) is presented for the 960-channel neutron time-of-flight detector at the Institute of Laser Engineering of Osaka University. This is important for the fusion science and the nuclear photonics where intense hard X-rays are generated from the interaction of ultra-short laser pulse of petawatt power density with matter. The hard X-rays often overload PMTs and cause signal-induced background noises called afterpulses, making the detection of subsequent neutrons impossible. For this reason, the PMTs are coupled with an electrical time-gating (ETG) system to avoid overloading. The ETG system disables the PMT by modulating the dynode potential during the primary X-ray flash. An after-pulsing suppression technique is demonstrated by applying a reverse bias voltage between the photocathode and the first dynode. The presented multichannel scheme provides a gate response time of 80 ns, a signal cutoff ratio of 2.5 × 102, and requires reasonably low power consumption.

1.
R.
Loveman
,
J.
Bendahan
,
T.
Gozani
, and
J.
Stevenson
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
99
,
765
(
1995
).
2.
V. W.
Yuan
,
J. D.
Bowman
,
D. J.
Funk
,
G. L.
Morgan
,
R. L.
Rabie
,
C. E.
Ragan
,
J. P.
Quintana
, and
H. L.
Stacy
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
125504
(
2005
).
3.
L. H.
Gray
and
J.
Read
,
Nature
3845
,
53
(
1943
).
4.
L. J.
Perkins
,
B. G.
Logan
,
M. D.
Rosen
,
M. D.
Perry
,
T.
Diaz de la Rubia
,
N. M.
Ghoniem
,
T.
Ditmire
,
P. T.
Springer
, and
S. C.
Wilks
,
Nucl. Fusion
40
,
1
(
2000
).
5.
S.
Nakai
,
J. Phys.: Conf. Ser.
112
,
042070
(
2008
).
6.
O. A.
Hurricane
,
D. A.
Callahan
,
D. T.
Casey
,
P. M.
Celliers
,
C.
Cerjan
,
E. L.
Dewald
,
T. R.
Dittrich
,
T.
Doppner
,
D. E.
Hinkel
,
L. F.
Berzak Hopkins
,
J. L.
Kline
,
S.
Le Pape
,
T.
Ma
,
A. G.
MacPhee
,
J. L.
Milovich
,
A.
Pak
,
H.-S.
Park
,
P. K.
Patel
,
B. A.
Remington
,
J. D.
Salmonson
,
P. T.
Springer
, and
R.
Tommasini
,
Nature
506
,
343
(
2014
).
7.
E. S.
Dodd
,
J. F.
Benage
,
G. A.
Kyrala
,
D. C.
Wilson
,
F. J.
Wysocki
,
W.
Seka
,
V. Yu.
Glebov
,
C.
Stoeckl
, and
J. A.
Frenje
,
Phys. Plasmas
19
,
042703
(
2012
).
8.
P. A.
Norreys
,
A. P.
Fews
,
F. N.
Beg
,
A. R.
Bell
,
A. E.
Dangor
,
P.
Lee
,
M. B.
Nelson
,
H.
Schmidt
,
M.
Tatarakis
, and
M. D.
Cable
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
40
,
175
(
1998
).
9.
S.
Fritzler
,
Z.
Najmudin
,
V.
Malka
,
K.
Krushelnick
,
C.
Marle
,
B.
Walton
,
M. S.
Wei
,
R. J.
Clarke
, and
A. E.
Dangor
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
165004
(
2002
).
10.
J.
Hah
,
G. M.
Petrov
,
J. A.
Nees
,
Z.-H.
He
,
M. D.
Hammig
,
K.
Krushelnick
, and
A. G. R.
Thomas
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
144102
(
2016
).
11.
Y.
Abe
,
A.
Sunahara
,
S.
Lee
,
T.
Yanagawa
,
Z.
Zhang
,
Y.
Arikawa
,
A.
Morace
,
T.
Nagai
,
T.
Ikenouchi
,
S.
Tosaki
,
S.
Kojima
,
S.
Sakata
,
N.
Satoh
,
T.
Watari
,
K.
Nishihara
,
T.
Kawashima
,
A.
Yogo
,
H.
Sakagami
,
H.
Shiraga
,
H.
Nishimura
,
K.
Mima
,
H.
Azechi
,
T.
Norimatsu
,
M.
Nakai
, and
S.
Fujioka
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
233506
(
2017
).
12.
I.
Pomerantz
,
E.
McCary
,
A. R.
Meadows
,
A.
Arefiev
,
A. C.
Bernstein
,
C.
Chester
,
J.
Cortez
,
M. E.
Donovan
,
G.
Dyer
,
E. W.
Gaul
,
D.
Hamilton
,
D.
Kuk
,
A. C.
Lestrade
,
C.
Wang
,
T.
Ditmire
, and
B. M.
Hegelich
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
184801
(
2014
).
13.
Y.
Arikawa
,
Y.
Kato
,
Y.
Abe
,
S.
Matsubara
,
H.
Kishimoto
,
N.
Nakajima
,
A.
Morace
,
A.
Yogo
,
H.
Nishimura
,
M.
Nakai
,
S.
Fujioka
,
H.
Azechi
,
K.
Mima
,
S.
Inoue
,
Y.
Nakamiya
,
K.
Teramoto
,
M.
Hahida
, and
S.
Sakabe
,
Plasma Fusion Res.
13
,
2404009
(
2018
).
14.
M.
Roth
,
D.
Jung
,
K.
Falk
,
N.
Guler
,
O.
Deppert
,
M.
Devlin
,
A.
Favalli
,
J.
Fernandez
,
D.
Gautier
,
M.
Geissel
,
R.
Haight
,
C. E.
Hamilton
,
B. M.
Hegelich
,
R. P.
Johnson
,
F.
Merrill
,
G.
Schaumann
,
K.
Schoenberg
,
M.
Schollmeier
,
T.
Shimada
,
T.
Taddeucci
,
J. L.
Tybo
,
F.
Wagner
,
S. A.
Wender
,
C. H.
Wilde
, and
G. A.
Wurden
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
044802
(
2013
).
15.
D. P.
Higginson
,
J. M.
McNaney
,
D. C.
Swift
,
G. M.
Petrov
,
J.
Davis
,
J. A.
Frenje
,
L. C.
Jarrott
,
R.
Kodama
,
K. L.
Lancaster
,
A. J.
Mackinnon
,
H.
Nakamura
,
P. K.
Patel
,
G.
Tynan
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Plasmas
18
,
100703
(
2011
).
16.
C. M.
Brenner
,
S. R.
Mirfayzi
,
D. R.
Rusby
,
C.
Armstrong
,
A.
Alejo
,
L. A.
Wilson
,
R.
Clarke
,
H.
Ahmed
,
N. M. H.
Butler
,
D.
Haddock
,
A.
Higginson
,
A.
McClymont
,
C.
Murphy
,
M.
Notley
,
P.
Oliver
,
R.
Allott
,
C.
Hernandez-Gomez
,
S.
Kar
,
P.
McKenna
, and
D.
Neely
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
58
,
014039
(
2016
).
17.
S.
Kar
,
A.
Green
,
H.
Ahmed
,
A.
Alejo
,
A. P. L.
Robinson
,
M.
Cerchez
,
R.
Clarke
,
D.
Doria
,
S.
Dorkings
,
J.
Fernandez
,
S. R.
Mirfayzi
,
P.
McKenna
,
K.
Naughton
,
D.
Neely
,
P.
Norreys
,
C.
Peth
,
H.
Powell
,
J. A.
Ruiz
,
J.
Swain
,
O.
Willi
, and
M.
Borghesi
,
New J. Phys.
18
,
053002
(
2016
).
18.
Y.
Arikawa
,
T.
Nagai
,
H.
Hosoda
,
Y.
Abe
,
S.
Kojima
,
S.
Fujioka
,
N.
Sarukura
,
M.
Nakai
,
H.
Shiraga
,
T.
Ozaki
, and
H.
Azechi
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D909
(
2012
).
19.
H.
Schwoerer
,
P.
Gibbon
,
S.
Dusterer
,
R.
Behrens
,
C.
Ziener
,
C.
Reich
, and
R.
Sauerbrey
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
2317
(
2001
).
20.
D. H.
Hartman
,
Rev. Sci. Instrum.
49
,
1130
(
1978
).
21.
S. G.
Ballard
,
Rev. Sci. Instrum.
54
,
1473
(
1983
).
22.
U.
Farinelli
and
R.
Malvano
,
Rev. Sci. Instrum.
29
,
699
(
1958
).
23.
M.
Bruce Schulman
,
Rev. Sci. Instrum.
60
,
1264
(
1989
).
24.
M. C.
Piton
and
W.
Panning
,
Rev. Sci. Instrum.
61
,
3726
(
1990
).
25.
F.
De Marco
and
E.
Penco
,
Rev. Sci. Instrum.
40
,
1158
(
1969
).
26.
N.
Izumi
,
K.
Yamaguchi
,
T.
Yamamoto
,
T.
Nakano
,
T.
Kasai
,
T.
Urano
,
H.
Azechi
, and
S.
Nakai
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
1221
(
1999
).
27.
Y.
Abe
,
H.
Hosoda
,
Y.
Arikawa
,
T.
Nagai
,
S.
Kojima
,
S.
Shohei
,
H.
Inoue
,
Y.
Iwasa
,
K.
Iwano
,
GEKKO-XII and LFEX Team
,
S.
Fujioka
,
H.
Shiraga
,
M.
Nakai
,
T.
Norimatsu
, and
H.
Azechi
,
Plasma Fusion Res.
9
,
4404110
(
2014
).
28.
M. R.
Sene
,
N. P.
Hawkes
, and
D. J. S.
Findlay
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
254
,
591
(
1986
).
You do not currently have access to this content.