Studying the Operation of Silicon Photomultiplier Matrices at Cryogenic Temperatures

A. E. Bondar; Бондарь А. Е.; E. O. Borisova; Борисова Е. О.; A. F. Buzulutskov; Бузулуцков А. Ф.; V. V. Nosov; Носов В. В.; V. P. Oleynikov; Олейников В. П.; A. V. Sokolov; Соколов А. В.; E. A. Frolov; Фролов Е. А.

doi:10.31857/S0032816223030035

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ МАТРИЦ КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ ПРИ КРИОГЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Авторы: Бондарь А.Е.¹^,2, Борисова Е.О.¹^,2, Бузулуцков А.Ф.¹^,2, Носов В.В.¹^,2, Олейников В.П.¹^,2, Соколов А.В.¹^,2, Фролов Е.А.¹^,2
Учреждения:
1. Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
2. Новосибирский государственный университет
Выпуск: № 4 (2023)
Страницы: 21-35
Раздел: ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
URL: https://bakhtiniada.ru/0032-8162/article/view/138410
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032816223030035
EDN: https://elibrary.ru/IRHOGC
ID: 138410

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Исследована работа матриц Si-ФЭУ MPPC S13360-6050PE с параллельным и последовательным подключением элементов в условиях эксперимента с двухфазным детектором, а также выполнены теоретические расчеты характеристик сигналов таких матриц. Показано, что длительность сигнала при последовательном соединении Si-ФЭУ с хорошей точностью не изменяется, а при параллельном соединении увеличивается с увеличением числа Si-ФЭУ в матрице. В пределах ошибок интегральная амплитуда сигнала при параллельном соединении не зависит от числа элементов в матрице, а при последовательном соединении наблюдается ее ожидаемое падение, обратно пропорциональное числу элементов в матрице. По результатам данной работы для дальнейшего использования в двухфазном криогенном детекторе темной материи выбрана матрица Si-ФЭУ, состоящая из четырех элементов, соединенных параллельно, так как для такой матрицы продемонстрирована надежная регистрация однофотоэлектронных импульсов, при этом длительность сигнала остается приемлемой.

Список литературы

Akimov D.Y., Bolozdynya A.I., Buzulutskov A.F., Chepel V. Two-phase Emission Detectors. World Scientific, 2021. P. 1.332. https://doi.org/10.1142/12126
Chepel V., Araujo H. // JINST. 2013. V. 8. P. R04001. https://doi.org/10.1088/1748-0221/8/04/R04001
Arcadi G., Dutra M., Ghosh P., Lindner M., Mambrini M., Pierre M., Profumo S., Queiroz F. S. // Eur. Phys. J. C. 2018. V. 78. P. 203. https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-018-5662-y
DarkSide Collaboration. Aalseth C.E. et al. // Eur. Phys. J. Plus. 2018. V. 133. P. 129. https://doi.org/10.1140/epjp/i2018-11973-4
DarkSide Collaboration. Aalseth C.E. et al. // Eur. Phys. J. C. 2021. V. 81. P. 163. https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-08801-2
Baudis L., Galloway M., Kish A., Marentini C., and Wulf J. // JINST. 2018. V. 13. P. 10022. https://doi.org/10.1088/1748-0221/13/10/P10022
Acerbi F., Paternoster G., Capasso M., Marcante M., Mazzi A., Regazzoni V., Zorzi N., Gola A. // Instruments. 2019. V. 3. P. 15. https://doi.org/10.3390/instruments3010015
Yamamoto K., Nagano T., Yamada R., Ito T., Ohashi Y. // JPS Conference Proceedings. 2019. V. 27. P. 011001. https://doi.org/10.7566/JPSCP.27.011001
Garutti E. // JINST. 2011. V. 6. P. C10003. https://doi.org/10.1088/1748-0221/6/10/C10003
Anderhub H., Backes M., Biland A., Boccone V., Braun I., Bretz T., Bu J., Cadoux F., Commichau V., Djambazov L., Dorner D., Einecke S., Eisenacher D., Gendotti A., Grimm O. et al. // JINST. 2013. V. 8. P. P06008. https://doi.org/10.1088/1748-0221/8/06/P06008
Mora A.D., Martinenghi E., Contini D., Tosi A., Boso G., Durduran T., Arridge S., Martelli F., Farina A., Torricelli A., Pifferi A. // Optics Express. 2015. V. 23(11). P. 13937. https://doi.org/10.1364/OE.23.013937
Modi M.N., Daie K., Turner G.C., Podgorski K. // Optics Express. 2019. V. 27(24). P. 35830. https://doi.org/10.1364/OE.27.035830
Otte A.N., Barral J., Dolgoshein B., Hose J., Klemin S., Lorenz E., Mirzoyan R., Popova E., and Teshima M. // Nucl. Instrum. and Methods. A. 2005. V. 545(3) P. 705. https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.02.014
Renker D. // Nucl. Instrum. and Methods. A. 2006. V. 567. P. 48. https://doi.org/10.1016/j.nima.2006.05.060
Ozaki K., Kazama S., Yamashita M., Itow Y. and Moriyama S. // JINST. 2021. V. 16. P. P03014. https://doi.org/10.1088/1748-0221/16/03/P03014
Cervi T., Babicz M.E., Bonesini M., Falcone A., Kose U., Nessi M., Menegolli A., Pietropaolo F., Raselli G.L., Rossella, M. Torti M., Zani A. // JINST. 2017. V. 12. P. C03007. https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/03/C03007
D’Incecco M., Galbiati C., Giovanetti G.K., Korga G., Li X. Mandarano A., Razeto A., Sablone D., Savarese C. // IEEE Trans. on Nucl. Science. 2017. V. 65. P. 591. https://doi.org/10.1109/TNS.2017.2774779
Bondar A., Buzulutskov A., Dolgov A., Shemyakina E., Sokolov A. // JINST. 2015. V. 10. P04013. https://doi.org/10.1088/1748-0221/10/04/P04013
Bondar A., Buzulutskov A., Dolgov A., Shekhtman L., Shemyakina E., Sokolov A., Breskin A., Thers D. // JINST. 2014. V. 9. P. P08006. https://doi.org/10.1088/1748-0221/9/08/P08006
Popova E.V., Buzhan P.Zh., Stifutkin A.A., Ilyin A.L., Mavritskii O.B., Egorov A.N., Nastulyavichius A.A. // Journal of Physics: Conference Series. 2016. V. 737. P. 012041. https://doi.org/10.1088/1742-6596/737/1/012041
Cova S., Ghioni M., Lacaita A., Samori C., Zappa F. // Applied Optics. 1996. V. 35. No. 12. P. 1956. https://doi.org/10.1364/AO.35.001956
https://hub.hamamatsu.com/us/en/technical-notes/mppc-sipms/what-is-an-SiPM-and-how-does-it-work.html
https://www.hamamatsu.com/
Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., Pavlyuchenko D., Snopkov R., Tikhonov Y., Kudryavtsev V.A., Lightfoot P.K., Spooner N.J.C. // Nucl. Instrum. and Methods. A. 2007. V. 574. P. 493. https://doi.org/10.1016/j.nima.2007.01.090
Bondar A., Buzulutskov A., Dolgov A., Nosov V., Shekhtman L., Shemyakina E., Sokolov A. // Europhysics Letters. 2015. V. 112. P. 19001. https://doi.org/10.1209/0295-5075/112/19001
Bondar A., Borisova E., Buzulutskov A., Frolov E., Sokolov A. // JINST. 2020. V. 15. P. C06064. https://doi.org/10.1088/1748-0221/15/06/C06064
Buzulutskov A., Frolov E., Borisova E., Nosov V., Oleynikov V., Sokolov A. // Eur. Phys. J. C. 2022. V. 82. P. 839. https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-10792-1
Aalseth C.E., Abdelhakim S., Agnes P., Ajaj R., Albuquerque I.F.M., Alexander T., Alici A., Alton A.K., Amaudruz P., Ameli F., Anstey J., Antonioli P., Arba M., Arcelli S., Ardito R. et al. // Eur. Phys. J. C. 2021. V. 81. P. 153. https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-08801-2
Rosado J., Hidalgo S. // JINST. 2015. V. 10. P. P10031. https://doi.org/10.1088/1748-0221/10/10/P10031
Horowitz P., Hill W. The art of electronics. 3rd edition. Cambridge University Press, 2015. Chapters 8.5.7. P. 497−499 и 8.11.3. P. 538−539.
Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., Sokolov A., Akimov D., Alexandrov I. and Breskin A. // JINST. 2010. V. 5. P. P08002. https://doi.org/10.1088/1748-0221/5/08/p08002
Collazuol G. // The 15th Vienna Conference on Instrumentation VCI-2019. 18–22 Feb 2019. Vienna University of Technology. P 86, https://indi.to/DyMp5
Cervi T., Babicz M., Bonesini M., Falcone A., Menegolli A., Raselli G.L., Rossella M., Torti M. // Nucl. Instrum. and Methods. A. 2018. V. 912 P. 209. https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.11.038