Сцинтилляционные детекторы CsI и SrI₂ (Eu) со съемом сигнала кремниевыми фотоумножителями с порогом регистрации ниже 200 эВ

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Обсуждаются концепции детекторов из неорганических сцинтилляторов CsI(pure) и SrI2(Eu) со съемом светового сигнала матрицами кремниевых фотоумножителей. Данные детекторы предполагается использовать при низких температурах для регистрации сигналов со сверхнизким энерговыделением. Приводятся результаты измерения светосбора прототипов детекторов. Получены удельные светосборы на уровне 30–40 фотоэлектронов на один кэВ выделенной в детекторах энергии. Исследованы зависимости тепловых шумов и оптической связи кремниевых фотоумножителей от температуры. Показано, что использование детекторов при отрицательных температурах позволяет эффективно подавить шумы фотодетекторов и обеспечить порог регистрации на уровне нескольких фотоэлектронов. Данные детекторы могут быть востребованы в различных фундаментальных и прикладных областях, в частности, в физике низкоэнергетичных нейтрино.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. Г. Баранов

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Author for correspondence.
Email: saip07@mail.ru
Russian Federation, 108840, Москва, Троицк, ул. Физическая, 27; 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

A. П. Ивашкин

Институт ядерных исследований Российской академии наук

Email: saip07@mail.ru
Russian Federation, 108840, Москва, Троицк, ул. Физическая, 27

С. A. Мусин

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: saip07@mail.ru
Russian Federation, 108840, Москва, Троицк, ул. Физическая, 27; 141701, Долгопрудный, Московская обл., Институтский пер., 9

Г. Х. Салахутдинов

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: baranov@inr.ru
Russian Federation, 115409, Москва, Каширское шоссе, 31

A. О. Стрижак

Институт ядерных исследований Российской академии наук; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: saip07@mail.ru
Russian Federation, 108840, Москва, Троицк, ул. Физическая, 27; 141701, Долгопрудный, Московская обл., Институтский пер., 9

References

  1. Юхимчук А.А., Голубков А.Н., Максимкин И.П. и др. // Физмат. 2023. Т. 1. №1. С. 5.https://doi.org/10.56304/S2949609823010057
  2. Akimov D., Berdnikova A., Belov V. et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2016. V. 675. P. 012016.https://doi.org/10.1088/1742-6596/675/1/012016
  3. Collar J.I., Fields N.E., Hai M., Hossbach T.W., Orrell J.L., Overman C.T., Perumpilly G., Scholz B. // Nucl. Instrum. Meth. 2015. V. 773. P. 56.https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.11.037
  4. Aalseth C.E., Barbeau P.S., Colaresi J. et al. // Phys. Rev. 2013. V. 88. P. 012002.https://doi.org/10.1103/PhysRevD.88.012002
  5. Beda A.G., Brudanin V.B., Egorov V.G., Medvedev D.V., Shirchenko M.V., Starostin A.S. // Phys. Part. Nuclei Lett. 2010. V. 7. P. 406.https://doi.org/10.1134/S1547477110060063
  6. Moszynski M, Balcerzyk M., Czarnacki W. // NIM. 2005. V. 537. P. 357.https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.08.043
  7. Ding K., Chernyak D., Liu J. // Eur. Phys. J. C. 2020. V. 80. P. 1146.https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-08712-2
  8. Lewis C.M., Collar J.I. // Phys. Rev. C. 2021. V. 104. P. 014612.https://doi.org/10.1103/PhysRevC.104.014612
  9. Liu F., Fan X., Sun X., Liu B., Li J., Deng Y., Jiang H., Jiang T., Yan P. // Sensors. 2022. V. 22. P. 1099.https://doi.org/10.3390/s22031099
  10. Boulay M.G., Camillo V., Canci N. et al. // Front. Phys. 2023. V. 11.https://doi.org/10.3389/fphy.2023.1181400
  11. Kim Y.D., Hahn I.S., Hwang M.J. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2005. V. 552. № 3. P. 456.https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.06.080
  12. Lee H.S. et al. (KIMS Collaboration) // Physics Letters B. 2006. V. 633. № 2–3. P. 201.https://doi.org/10.1016/j.physletb.2005.12.035
  13. Takabe M., Kishimoto A., Kataoka J., Sakuragi S., Yamasaki Y. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2016. V. 831. P. 260.https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.04.043
  14. Alekhin M.S., Khodyuk I.V., de Haas J.T.M., Dorenbos P. // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2012. V. 59. № 3. P. 665.https://doi.org/10.1109/TNS.2012.2188544
  15. Belli P., Bernabei R., Cerulli R. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2012. V. 670. P. 10.https://doi.org/10.1016/j.nima.2011.12.051

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Amplitude spectra of noise (a) and gamma radiation from a ⁵⁷Co source (b), obtained during measurements on a CsI(pure) scintillator measuring 15×15×15 mm³.

Download (25KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the thermal noise frequency on the registration threshold for different values ​​of overvoltage on a silicon photomultiplier.

Download (22KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Amplitude spectra of noise of the SiPM matrix (left) and gamma radiation from the ²⁴¹Am source (right) for a SrI₂(Eu) scintillator measuring 13×13×13 mm³.

Download (26KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Low-amplitude spectra of signals from the SiPM matrix at temperatures of +6°C (left) and –65°C (right).

Download (26KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the thermal noise frequency on the SiPM temperature for different amplitude registration thresholds at an overvoltage value of 3.5 V.

Download (15KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the optical coupling value between SiPM pixels on the photodetector temperature for two overvoltage values ​​of 3.5 V (red dots) and 4.5 V (blue dots).

Download (10KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences