贝尔II实验的传播时间探测器的SiPM开发

科学领域:

• 粒子物理学 粒子物理学
• 探测器技术 探测器技术
• 高能物理仪器仪器仪表 高能物理仪器仪表

背景情况:

• 贝尔II实验在高亮度,高辐射环境中运行,需要强大的粒子识别探测器.
• 目前的传播时间探测器使用微通道板光倍增管 (MCP-PMT),由于辐射诱导的降解,其寿命有限.
• 光倍增器 (SiPM) 被提出作为具有更高光子检测效率和磁场免疫力的成本效益较高的替代品.

研究的目的:

• 评估光倍增器 (SiPMs) 作为Belle II实验的传播时间探测器中MCP-PMTs的替代品的适用性.
• 在高中子流动下研究各种SiPM的辐射硬度和时间分辨率.
• 研究和操作条件对SiPM性能的影响,特别是暗计数率.

主要方法:

• 用5x10^11 1 MeV neq/cm^2.2.的中子等效流量对SiPMs进行辐射.
• 通过测量电流-电压 (IV) 曲线,振幅光谱和时间分辨率来描述SiPM.
• 在不同的过电压和温度条件下进行测试,使用皮秒脉冲激光器进行低强度光子检测.

主要成果:

• SiPM 呈现出更高的暗计数率,随着中子流量增加而增加,但这可以通过和低温操作来减轻.
• 测量了不同SiPM类型的时间分辨率,重点是满足粒子识别的严格要求.
• 与FBK合作开发的新型耐辐射SiPM原型显示了未来部署的潜力.

结论:

• 在Belle II实验中,SiPM显示出作为MCP-PMT可行的替代品的潜力,提供更好的性能和成本效益.
• 对化策略和操作参数的进一步研究对于优化SiPM在高辐射环境中的性能至关重要.
• 开发耐辐射SiPM原型是确保探测器长期可靠性的关键一步.