Прототип сцинтилляционного годоскопа для изучения радиационной стойкости пиксельных детекторов на основе кремния

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Прототип сцинтилляционного годоскопа для изучения радиационной стойкости пиксельных детекторов на основе кремния

Содержание

2. Актуальность В современных экспериментах физики высоких энергий достигаются большие потоки частиц. Это приводит к изменению условий,
3. Цель и задачи. Цель работы заключается в изучении радиационной стойкости пиксельных детекторов на основе кремния. Для
4. Преимущества, недостатки и свойства SiPM SiPM имеют следующие характерные свойства: плотность пикселей около 104- 2-104 /
5. Применение SiPM Эксперимент NA49 Эксперимент NA61 На строящемся ускорителе для ионных и антипротонных исследований FAIR (Facility
6. Основная задача создания полупроводниковых детекторов заключается в правильной оценке времени надёжной эксплуатации прибора. Факторами, влияющими на
7. Исследования радиационной стойкости 7 Zecotek MAPD-3N Ketek PM3350 Hamamatsu S12572-010P Таблица 1: Рабочее напряжение и 1
8. LED и космические мюоны Космическое излучение рассматривается в качестве замены ускорителей, с использованием минимально ионизирующих частиц
9. Результаты испытаний LED Результаты испытаний Zecotek Результаты испытаний Ketek Результаты испытаний Hamamatsu
10. Результаты испытаний космическими мюонами. Результаты испытаний Ketek Результаты испытаний Zecotek Результаты испытаний Hamamatsu
11. Характеристики (I-V) до и после облучения
12. Характеристики (C-V) до и после облучения
13. Особенности анализа частотной характеристики C-F кривые Zecotek (слева), Ketek (центр) и Hamamatsu до и после облучения
14. Система мониторирования пучка нейтронов. Схематичное изображение системы мониторирования пучка нейтронов. Система основана на детекторах трех типов
15. 16-канальный прототип детектора 1 мониторы светимости 2 прототип SiPM Ketek (PM3350), Gain~10E6, 50um/cell
16. Вид амплитудного спектра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
17. 17 Поведение амплитудных характеристик
18. Заключение Были выполнены поставленные задачи. Изучение радиационных эффектов и характеристик SiPM показывает, что уровень шума в
19. БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ
20. 20 Критерии отбора (меньшая статистика в прототип)
22. Скачать презентацию

Слайд 2

Актуальность
В современных экспериментах физики высоких энергий достигаются большие потоки частиц. Это

приводит к изменению условий, в которых работают детекторы.
Данное утверждение применимо для полупроводниковых твердотельных фотодетекторов на основе лавинных фотодиодов из кремния (SiPM).
Недавние исследования, проведенные в ИЯФ (Чехия) , показывают актуальность постановки вопроса о структурных изменениях в кремнии и служат стимулом для сотрудничества в создании системы детекторов для более аккуратного мониторирования потока ионизирующего излучения, в частности нейтронов.

Слайд 3

Цель и задачи.
Цель работы заключается в изучении радиационной стойкости пиксельных детекторов

на основе кремния.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
Исследование радиационных эффектов SiPM.
Исследование характеристик SiPM.
Разработка 16-ти канального прототипа.
Постановка эксперимента на Нуклотроне, Дубна.
Обработка данных.

Слайд 4

Преимущества, недостатки и свойства SiPM

SiPM имеют следующие характерные свойства:
плотность пикселей

около 104- 2-104 / мм2,
размер от 1х1 мм2 до 6х6 мм2,
широкий динамический диапазон 5-15000 Ф.Э.,
эффективность регистрации фотонов от ~ 15%,
высокую скорость счета ~ 105 Гц,

Слайд 5

Применение SiPM
Эксперимент NA49
Эксперимент NA61
На строящемся ускорителе для ионных и антипротонных

исследований FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research)
В Zero Degree калориметре для экспериментов на коллайдере
NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility)

Слайд 6

Основная задача создания полупроводниковых детекторов заключается в правильной оценке времени надёжной

эксплуатации прибора. Факторами, влияющими на время являются: общая поглощенная ионизационная доза и структурные дефекты, связанные с плотностью потока частиц.
В соответствии с моделированием FLUKA в рамках проекта CBM FAIR главным требованием к SiPM является радиационная стойкость к нейтронным потокам порядка 1013 н / см2.

Радиационная стойкость к нейтронным потокам

Слайд 7

Исследования радиационной стойкости
7
Zecotek MAPD-3N
Ketek PM3350
Hamamatsu S12572-010P
Таблица 1: Рабочее напряжение и 1

МэВ флюенс нейтронов

Слайд 8

LED и космические мюоны
Космическое излучение рассматривается в качестве замены ускорителей, с

использованием минимально ионизирующих частиц (MIPs). Недостатком этого метода является низкая скорость набора данных.

Установка для испытаний SiPM космическими мюонами и LED.

Источник единичных фотонов - светоизлучающий диод (LED).
Основым преимуществом светодиодов является возможность применить метод синхронного детектирования сигнала SiPM.

Слайд 9

Результаты испытаний LED
Результаты испытаний
Zecotek
Результаты испытаний
Ketek
Результаты испытаний
Hamamatsu

Слайд 10

Результаты испытаний космическими мюонами.
Результаты испытаний
Ketek
Результаты испытаний
Zecotek
Результаты испытаний
Hamamatsu

Слайд 11

Характеристики (I-V) до и после облучения

Слайд 12

Характеристики (C-V) до и после облучения

Слайд 13

Особенности анализа частотной характеристики
C-F кривые Zecotek (слева), Ketek (центр) и Hamamatsu

до и после облучения

Слайд 14

Система мониторирования пучка нейтронов.
Схематичное изображение системы мониторирования пучка нейтронов.
Система основана на

детекторах трех типов :
измерителе общего потока нейтронов
Neutrons Fluence Detector (NFD)
счетчике тепловых нейтронов
Thermal Neutron Counter (TNC)
детекторе визуализации потока нейтронов
Position Neutron Detector (PND)

Слайд 15

16-канальный прототип детектора
1 мониторы светимости
2 прототип
SiPM Ketek (PM3350), Gain~10E6, 50um/cell

Слайд 16

Вид амплитудного спектра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Слайд 17

17
Поведение амплитудных характеристик

Слайд 18

Заключение
Были выполнены поставленные задачи.
Изучение радиационных эффектов и характеристик SiPM показывает, что

уровень шума в значительной степени зависит от технологии производства, а также от наличия дефектов в кремнии. После облучения было обнаружено множество различных эффектов, в основном все они связаны с перекомпенсацией полупроводникового материала, в процессе захвата тепловых нейтронов атомами 10B .
Сравнивая Ketek, Zecotek и Hamamatsu SiPM можно сделать вывод, что в тех случаях, когда загрузки ионизирующего излучения на детектор являются небольшими, и нет жестких требований к высокой радиационной стойкости материала возможно использование SiPM Ketek. В случае Zero Degree калориметров, где ожидаются большие потоки нейтронов, наиболее предпочтительными являются SiPM производителей Zecotek и Hamamatsu.
Был разработан и исследован 16-ти канальный прототип сцинтилляционного детектора со считыванием сигнала на основе SiPM производителя Ketek. Было выполнено его облучение на пучке дейтронов Нуклотрона ОИЯИ. Показана работоспособность данного прототипа. Изучены его время-амплитудные характеристики.

Слайд 19

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ

Слайд 20

Прототип сцинтилляционного годоскопа для изучения радиационной стойкости пиксельных детекторов на основе кремния

Содержание

Актуальность В современных экспериментах физики высоких энергий достигаются большие потоки частиц. Это

Цель и задачи. Цель работы заключается в изучении радиационной стойкости пиксельных детекторов

Преимущества, недостатки и свойства SiPM SiPM имеют следующие характерные свойства: плотность пикселей

Применение SiPMЭксперимент NA49 Эксперимент NA61На строящемся ускорителе для ионных и антипротонных

Основная задача создания полупроводниковых детекторов заключается в правильной оценке времени надёжной

Исследования радиационной стойкости7Zecotek MAPD-3NKetek PM3350Hamamatsu S12572-010PТаблица 1: Рабочее напряжение и 1

LED и космические мюоныКосмическое излучение рассматривается в качестве замены ускорителей, с

Результаты испытаний LEDРезультаты испытаний ZecotekРезультаты испытаний KetekРезультаты испытаний Hamamatsu

Результаты испытаний космическими мюонами.Результаты испытаний KetekРезультаты испытаний ZecotekРезультаты испытаний Hamamatsu

Характеристики (I-V) до и после облучения

Характеристики (C-V) до и после облучения

Особенности анализа частотной характеристикиC-F кривые Zecotek (слева), Ketek (центр) и Hamamatsu

Система мониторирования пучка нейтронов.Схематичное изображение системы мониторирования пучка нейтронов.Система основана на

16-канальный прототип детектора1 мониторы светимости2 прототипSiPM Ketek (PM3350), Gain~10E6, 50um/cell

Вид амплитудного спектра0123456789101112131415

17Поведение амплитудных характеристик

ЗаключениеБыли выполнены поставленные задачи.Изучение радиационных эффектов и характеристик SiPM показывает, что