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FMB Oxford Datasheet page 2 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation Chambers

Part Number AHQ1800

Electrode length 10 mm

Body length 42 mm

IC Plus Ionisation Chambers

Specifications (Common to all IC Plus)

Window aperture 10(h) x 50(w) mm

Windows 70 μm conducting polymer

Body material Aluminium alloy

Electrode gaps 10, 14, 18mm (User adjustable)

Electrodes Gold plated with guard rings

Working pressure 0.7 - 1 .5 Bar Abs

Operating potential Up to 1 .7 Kv

Maximum pressure drop < .0375 bar/min

Ion chambers can be used in a variety of experiments, including: X-ray protein crystallography, generic diffraction experiments, and absorption spectroscopy.

A complete system requires a detector head, high voltage supply, and signal processing module. FMB Oxford supplies a full range of products in various configurations, along with the relevant cabling, to suit all your application requirements.

The detector head consists of a gas tight chamber containing two parallel plates, over which a high voltage is applied to produce a potential gradient. When X-rays pass through the chamber some are absorbed producing electron-ion pairs that are subsequently separated by the gradient and collected at the signal plate. The small current produced in the plate is then processed by the electronics module to give a quantitative representation of the X-ray intensity.

The IC Plus ionisation chambers are suitable for use in a number of diffraction and crystallography experiments, including protein crystallography. The IC Plus is available in 4 different electrode lengths to allow optimisation of the detector energy range and fit the physical space constraints of complex end stations.

The shortest electrode lengths give a compact intensity monitor that does not absorb a large fraction of the beam, ideal for protein crystallography experiments where the end station is typically very crowded and scatter should be minimized. The longer electrode lengths yield more accurate measurements at higher energies and might be more suited to certain spectroscopy applications.

Compatible electronics

• IC101

• I404

BNC

SHV

66.0

98.0 24.031.6

50.0

10.0

85.06.5

16.5

42.0

Mounting HolesM4x0.7H x 6.0 DPPositions are identical onbottom of body

IC Plus 10

Connectors High voltage SHV

Signal BNC

Gas Quick release barb fitting for 5 mm flexible hose

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FMB Oxford Datasheet page 3 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation Chambers

IC Plus 150

IC Plus 50

IC Plus 300

Part Number AHQ1815

Electrode length 150 mm

Body length 185 mm

104.0

85.0

60.0

6.5

22.0

103.

024

.031

.6

Mounting HolesM4x0.7H x 8.0 DPPositions are identical onbottom of body

85.0

98.0

60.062.5

6.5

185.0

Mounting HolesM4x0.7H x 8.0 DPPositions are identical onbottom of body

85.0

60.0

6.5

137.5

335.0

31.6

29.0

98.0

Mounting HolesM4x0.7H x 8.0 DPPositions are identical onbottom of body

Part Number AHQ1820

Electrode length 300 mm

Body length 335 mm

Part Number AHQ1810

Electrode length 50 mm

Body length 104 mm

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152.

0

53.944.4

50.0

10.0

46.0

26.0 40.0

10.0

R 5.0 TYP

98.0

66.0

10==

50= =

R 2

49.0

26.040.0

10.0

R 5.0 TYP

Ionisation Chambers

IC Plus to IC Plus Adaptor Part Number ABY02595

IC Plus to KF50 Adaptor Part Number AHQ2132

IC Plus to CF150 Adaptor Part Number AHQ1880

IC Plus to KF40 Adaptor Part Number AHQ2133

Ordering InformationIC Plus 10 AHQ1800

IC Plus 50 AHQ1810

IC Plus 150 AHQ1815

IC Plus 300 AHQ1820

Adaptor plate, IC Plus to 100CF AHQ1880

Adaptor plate, IC Plus to IC Plus ABY02595

Adaptor plate, IC Plus to KF40 AHQ2133

Adaptor plate, IC Plus to KF50 AHQ2132

BNC Signal Cable, 250 mm CBY1450

SHV High Voltage Cable, 250 mm CBY1451

Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisa-

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Ionisation Chambers

IC Spec Ionisation Chamber (ABY02500)The IC Spec ionisation chamber has been specially designed for high precision X-ray intensity measurements at Synchrotrons and is particularly suited for transmission X- ray absorption spectroscopy measurements such as EXAFS or XANES. It has a large installed base and has undergone extensive testing on beamlines worldwide; it has been shown, at the European Synchrotron Radiation Facility, that it is capable of measuring EXAFS spectra with signal to noise of the order 105.

Compatible electronics

• IC101

• I101

• I404

Dimensions

Electrical Safety Box

I101Current Amplifier(Optional)25

3.5

340.033.0

6.0

SpecificationsWindow aperture 6 mm x 36 mm

Windows 70 μm Kapton

Body material Stainless steel body, Aluminium alloy end flanges

Electrode gap 30 mm

Operating voltage Up to 3 kV

Electrode length 300 mm

Body length 342 mm

Flange diameter 150 mm

Working pressure 0.5 - 2.0 Bar Abs

Ordering InformationIC Spec ionisation chamber with electrical safety box, short connector lead & burst disc ABY02500

Rigid and adjustable stand ABY02590

KF25 vacuum lock to provide filling and resealing capability, 1 required per installation KVVR0059

Spare burst disc for chamber KRBZ0041

Be Window Adaptor kit (single window) AHQ0572

Adaptor IC SPEC to KF40 ABY0570

Adaptor IC SPEC to CF150 AHQ2112

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FMB Oxford Datasheet page 6 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation Chambers

IC-101 Electronics Module

Features

• Dynamicrange<1pAto200μA

• Integrateddigitisationandfiltering

• Fibre-optic,RS-232andRS-485interfaces.

• Integratedcalibrationtestsource

• Fullcontrolprovidedofintegrationmodes

• Externaltriggercapability

• Analogmonitoroutput

• Frequencymonitoroutput(VFC).

• Optional3kVhighvoltageoutputforionizationchamberbiasing.

Applications

• Ionizationchamberreadout

• Lowcurrentandchargemeasurement

Options

• AuxiliaryHVoutput0to3000V

Specifications

Interfaces

Interfaces RS-232 or RS-485, 8-bit ASCII. Selectable baud rate up to 115 kbps. The electrical interface can be set to be RS-232 levels, or full-duplex differential RS-485.

Fibre-optic loop, 10 Mbit/sec serial, 9-bit asynchronous binary. Ethernet connection to host through A300 or A500 loop controllers.

Host computer ASCII communications based on SCPI. DiagnostichostprogramsuppliedforMicrosoft®.netframework.BinaryDLLsavailableforMicrosoft®.net,NationalInstruments™Labview™,Microsoft®C++.andLinux.

Operating principle Gated integrator (charge integrating amplifier)

Integrationcapacitor Dual,softwareselectable

Inputnoise <100fArms+1fArmsperpFinput load up to 100 pF (1 second integration, 100 pF capacitor)

Input offset < 10 pA , 15 to 25 C. Offset can be removed by zero subtraction.

Stability Output drift < 200 fA / C / hour

External accuracy Better than 0.5% of full scale in use, integration time 500 μsec to 1 sec, after calibration with built-in current source

Integration time User selectable, 100 μsec to 10 sec.

Externalgateinput TTL10kohmimpedance

Trigger modes Internal (autorun), external.

Digitisation 16bitbipolar

Averaging modes Multiple conversions per integration; multiple integrations per reading to increase digital resolution up to 20 bits.

Auxiliary HV PSU (Factory option) 0 to 3000 V programmable (polarity and maximum voltage factory selectable), 0.3 mA max. Noise and ripple < 0.1%

Powerinput +24V(+/-2V)DC,300mAtyp, 500 mA max.

Controls Two rotary switches for loop address and comms mode/baud rate.

Displays StatusLEDs(power,devicestatus,comms mode, data RX/TX). “HV on” LED.

Case material Stainless steel sheet

Weight 1.2 kg (2.6 lb).

Operating environment 10 to 35 C (15 to 25 C recommended to reduce drift and offset) , < 70% humidity, non-condensing, vibration < 0.1g all axes (1 to 1000Hz) Vibration must be as low as possible to measure at the lower limit of the dynamic range.

Shipping and storage -10 to 50 C, < 80% humidity, non-condensing, vibration < 2g all axes, 1 to 1000 Hz

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FMB Oxford Datasheet page 7 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation ChambersIC-101 Electronics Module continued...

Monitor outputs

Number One, analog voltage One, frequency

Signal type Analog voltage +/-10V into 10 kohm. Frequency0to1MHzTTL into 50 ohm.

Mapping Signals map the selected nominal full scale current range.

Connectors

Signal input BNC female.

HV out SHV

Externalgatein Lemocoaxsize00

Monitoroutputs Lemocoaxsize00foranalogvoltage Lemocoaxsize00forfrequency

RS-232/RS485 Sixpinmini-DIN(“PS/2”) 1Tx/Rs-485Tx+ 4n/c 2 Rx / RS-485 Rx- 5 RS-485 Tx- 3Gnd 6RS-485Rx+

Fibre optics TX & RX ST bayonet, suitable for 1mm plastic fibre or 200 μm HCS fibre.

Power in 2.1mm threaded jack. Mates with Switchcraft S761K or equivalent.

Ground M3 threaded stud

Dimensions

Dims mm

31.0

175.3

187.6

157.7

0.90

4X 2.0

4X3.66 Mtg Slot

118.6 115.52X

100.0

2X 166.04.7

Ordering InformationIC101electrometerwithusermanuals,PSIDiagnostichostsoftwareforWindowsPCs,calibrationdata IC101

IC101 with auxiliary HV supply positive 3000 V IC101-XP30

IC101 with auxiliary HV supply negative 3000 V IC101-XN30

BNC Signal Cable, 250 mm CBY1450

SHV High Voltage Cable, 250 mm CBY1451

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FMB Oxford Datasheet page 8 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation Chambers

I404 Four-channel Digital Electrometer

Features

• Fourgatedintegratorchannels

• Dynamicrange1pAto1mA

• Integrateddigitisationandfiltering

• Fibre-optic,RS-232andRS-485interfaces

• Integratedcalibrationtestsource

• Selectionofcurrentandchargeintegrationmodes

• Externaltriggercapability

• Fourindependentanalogue/frequencymonitoroutputs,configurable to show various analog parameters such as current, position

•Optionalhighvoltageoutput

Applications

•Quadrantphotodiodereadout

• Lowcurrentandchargemeasurement

• Beampositionmonitors

Options

•AuxiliaryHVoutput

•Alternativefeedbackcapacitoroptions

Specifications

Interfacing

Interfaces RS-232 or RS-485 8-bit ASCII. Selectable baud rate up to 115 kbps. The electrical interface can be set to be RS-232 levels, or full-duplex differential RS-485

Fibre-optic loop, 10 Mbit/sec serial, 9-bit asynchronous binary. Ethernet connection to host through A300 or A500 loop controllers

Hostcomputer ASCIIcommunicationsbasedonSCPI.DiagnostichostprogramsuppliedforMicrosoft®.netframework. DLLsavailableforMicrosoft®.net,NationalInstruments™Labview™andMicrosoft®C++.

Operating principle Gated integrator (charge integrating amplifier)

Integrationcapacitor Dual,softwareselectableinrealtime

Inputnoise <100fArms+1fArmsperpF input load up to 100 pF (1 second integration, 100 pF capacitor)

Input offset < 100 pA, 15 to 25 C. Offset can be removed by zero subtraction

Stability Output drift < 200 fA / C / hour

External accuracy Better than 0.5% of full scale in use, integration time 500 μsec to 1 sec, after calibration with built-in current source

Integration time User selectable, 100 μsec to 65 sec

Integration modes continuous charge/current, charge accumulation, triggered burst

Externalgate TTL10kohmimpedance

Trigger modes Internal (autorun), external start, external start/stop, sternal start/hold, message

Digitisation 16bitbipolar,50kHzeffectiveperchannel Built-in digital averaging gives 20 bit effective resolution for 32 integrations

Auxiliary HV PSU (Factory option) 0 to 1000 V programmable (polarity and maximum voltage factory selectable), 1mA max. Noise and ripple < 0.1%

Powerinput +24V(+/-2V)DC,350mAtyp, 500 mA max.

Controls Two rotary switches for loop address and comms mode/baud rate

Displays StatusLEDs(power,devicestatus, commsmode,dataRX/TX)“HVon”LED

Case material Stainless steel sheet

Weight 1.64 kg (3.6 lb)

Operating 10 to 35 C (15 to 25 C recommended to environment reduce drift and offset), < 70% humidity, non-condensing, vibration < 0.1g all axes (1 to 1000Hz) Vibration must be as low as possible to measure at the lower limit of the dynamic range

Shipping and -10 to 50 C, < 80% humidity, storage non-condensing, vibration < 2g all axes, environment 1 to 1000 Hz

Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisation Chambers FMB Oxford Ionisa-

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FMB Oxford Datasheet page 9 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation ChambersI404 Four-channel Digital Electrometer continued...

Monitor outputs

Number Four, independent analogue voltage Four, independent frequency

Signaltype Analoguevoltage+/-10Vinto10kOhm Frequency 0 to 1 MHz into 50 Ohm

Software-selectable Current, four outputs active output parameter (relative to full scale for integration time options and capacitor use)

Independent position, two outputs active X=(IN1-IN4)/(IN1+IN4) Y=(IN2-IN3)/(IN2+IN3)

Quadrant position, two outputs active X=((IN1+IN3)-(IN2+IN4))/ (IN1+IN2+IN3+IN4) Y=((IN1+IN2)-(IN3+IN4))/ (IN1+IN2+IN3+IN4)

Connectors

Signal inputs Four BNC

Auxiliary HV out SHV

External gate in BNC (isolated from case)

Monitor outputs Four lemo coax size 00 for analogue voltage Four lemo coax size 00 for frequency

RS-232/RS-485 Sixpinmini-DIN(“PS/2”) 1 Tx 4 n/c 2 Rx 5 Tx2 (RS-485 only) 3 Gnd 6 Rx2 (RS-485 only)

Fibre optics TX & Tx ST bayonet, suitable for 1mm plastic fibre or 200 μm ACS fibre

Power in 2.1mm threaded jack. Mates with Switchcraft S761K or equivalent

Ground M3 threaded stud

Dims mm

8.6

4X Ø3.66MOUNTING HOLE

170.3

0.9

2X 10.2

140.8

164.4

167.7 2X161.3

161.14.5

2X144.0

2X 152.0

52.7

Dimensions

Ordering InformationI404 four channel electrometer I404

I404 four channel electrometer with 2 kV auxiliary High Voltage output I404-XP20

I404 four channel electrometer with 3 kV auxiliary High Voltage output I404-XP30

BNC Signal Cable, 250 mm CBY1450

SHV High Voltage Cable, 250 mm CBY1451

for alternative auxiliary HV output please contact us.

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FMB Oxford Datasheet page 10 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation Chambers

Features

• Transimpedance(Gain)Switchable from 1 x 103 to 1 x 1011 V/A

• BandwidthDC/1Hz...500kHz

• BandwidthSwitchabletoDC...10HzforLowNoiseDCMeasurements

• BandwidthIndependentofDetectorCapacitance(upto1nF)

• AdjustableBiasVoltage

• ProtectionAgainst±3kVTransients

• LocalandRemoteControl

VOLTAGEOUTPUT

CURRENTINPUT

Rf =1k ... 1G

POWERSUPPLY

Current toVoltage Converter

Bias Buffer

Buffer-Amplifier andBandwidth Limiting

ProgrammableGain Amplifier

ProgrammableAC / DC Coupling

StabilizedBias Voltage or GND

I/U X 1X 100

OffsetNulling

Low NoiseHigh Speed

Supply VoltageRegulator

+10 V

-10 V

OverloadDetector

DIG. CONTROLINPUTS

ParameterControl Unit

ManualSwitches

OptocouplerIsolate Unit

10HzFBW

Applications

• PhotodiodeandPhotomultiplierAmplifier

• ScanningTunnellingMicroscopy(STM)

• Spectroscopy

• BeamMonitoringforParticleAccelerators/Synchrotrons

• IonisationDetectors

• PreamplifierforLock-Ins,A/D-Converters,etc.

I101 Electronics Module

Dimensions

TUONI

POWER

157150137

∅ 3.3

44

28

15

29

51

79

15

20

20

Dims in mm

Ordering InformationSingle channel current amplifier I101 YMCS0043

I101 current amplifier power supply MPSU0956

BNC Signal Cable, 250 mm CBY1450

SHV High Voltage Cable, 250 mm CBY1451

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FMB Oxford Datasheet page 11 of 12 Ion Chambers - Ver. 1 - Aug 2009

Ionisation Chambers

Frequently Asked QuestionsWhat is inside the IC Plus electronics module?

We have incorporated all the necessary analog and digital electronics into a small package for the experimentalist, making setup easier. The electronics only needs to be plugged into the chamber, the mains supply, and a computer (to monitor the voltage, frequency, or to read the output directly on a serial link.) The electronics incorporates the latest in analog circuitry.

I wish to run at relatively low energies with an IC Spec ion chamber, can I work without windows, or with a minimum of window material?

Yes, the chambers, although normally designed to “stand alone” in air, can have the windows easily removed and short connection pieces fitted between the chambers. TheendsofthechambersacceptaDN40CF(2.75”Conflat) flange and Viton seal so that the chambers can share a common gas space with no windows between chambers. Samples can be admitted to the gas space between chambers via a vacuum loading tool, or could fit insideastandardDN40CF(2.75”Conflat)“T”piece.

What is the difference between the IC Spec and IC Plus range?

The IC Plus range of chambers is intended for general intensity monitoring, they may be used for some spectroscopy applications, however where the best signal to noise ratio is required the IC Spec chamber is strongly recommended. The IC Spec chamber is manufactured to tighter tolerances and standards.

The top-of-the-range IC Spec detector has been carefully designed to give the minimum noise and maximum linearity available from an ionization chamber. For this reason, it is best suited to X-ray absorption spectroscopy (XAS) applications where a very good ratio of signal to noise is required.

It has been shown at the European Synchrotron Radiation Facility that the IC Spec ionization chamber is capable of measuring Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) spectra with signal to noise of the order 105.

Photon Energy (keV)

Abso

rptio

n

23

1

1.5

2

2.5

24 25 26Photon Wavevector Å-1

χ*k3 Å

-3

0-100

-50

0

50

100

10 20 30

*Test data measured on BM29 at the European Synchrotron Radiation Facility

Figure 1: K-edge absorption spectrum of rhodium at 30K.

This shows a K-edge absorption spectrum of a 15µm Rhodium foil measured at 30K on the bending magnet beamline BM29 at the European Synchrotron Radiation Facility, ESRF, in France. The beamline was operated with a non-focusing Si<111> monochromator detuned by 40% of the full-width-at-half-maximum, producing about 1010 photons/second in a 0.5mm x 8mm spot. The IC Spec ion chambers were filled with argon at 1 atmosphere in the front chamber, and 2 atmospheres in the back chamber, and both were operated with an ionising potential of 1,000V. The acquisition time was two seconds per point in 1,520 steps evenly spaced in k above the edge (where k is the photoelectron wavevector.)

Figure 2: k3-weighted fine structure of rhodium at 30K.

This shows the background subtracted fine structure data weighted by k3. Notice that the data extend as far as k=28 Å-1. At these very high values of photon wavevector the signal is weighted by k3=2.2x104Å-3, but there is still almost no discernible noise. In fact, the signal/noise is in the range of 105 and is effectively only limited by the photon counting statistics of the incident flux. Notice also that there are no detectable glitches in the spectrum despite several being present in the I0 and I1 detector signals (caused by higher order monochromator reflections.) This shows that the signals from the two detectors are perfectly normalised, demonstrating the extremely high spatial uniformity and ultra linear intensity response.

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