Использование кремниевых ФЭУ для космофизической аппаратуры

А. С. АБРАМОВ, Н. Ю. БЛИНОВ, А. В. ИВАНОВА,

М. Г. КОРОТКОВ, А. В. ПОПОВ, P. PICOZZA1, V. BIDOLI1,

M. CASOLINO1, M. P. DE PASCALE1, I. MODENA1,

A. MORSELLI1, L. NARICI1, E. REALI1, R. SPARVOLI1, M. RICCI2, P. SPILLANTINI3, G. CASTELLINI3, W. BONVICINI4, A. VACCHI4, N. ZAMPA4, P. CARLSON5, M. BOEZIO5, C. FUGLESANG6

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

1Dept. of Physics of Univ. INFN Sezione di Roma 2, Rome, Italy;

2L. N.F., INFN, Frascati, Italy;

3Dept. of Physics of Univ. and Sezione INFN of Florence, Firenze, Italy;

4Dept. of Physics of University of Trieste and Sezione INFN of Trieste, Italy;

5Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.;

6European Astronaut Centre, ESA, Cologne, Germany.

Использование КРЕМНИЕВЫХ ФЭУ для

космофизической аПпаратуры

В течение ряда лет в МИФИ совместно с ГУП «НПП Пульсар» разрабатывается кремниевый твердотельный фотоэлектронный умножитель(SiФЭУ), представляющий собой фотоприемник на основе упорядоченного набора (матрицы) p-n-переходов (размером примерно 40 мкм), выполненного на общей подложке.

В настоящее время разрабатывается спектрометр ядер космических лучей «София», сцинтилляционные детекторы в котором выполнены на основе SiФЭУ. Размер чувствительной области умножителя порядка 1x1мм2 , для решения проблемы малой чувствительной площади SiФЭУ предложено собирать свет при помощи переизлучающего (WLS) волокна и через световод (шифтер) посылать собранный свет на чувствительную поверхность умножителя. Такая конструкция сцинтиллятора, шифтера и SiФЭУ получила название - «тайл». В ходе работы были получены «тайлы» различных конфигураций: квадратные 3x3см2, прямоугольные пластины 10x0,8х0,5см3. Исследования проводились на космических лучах и на пучке электронов. Основные требования к «тайлам» – быстродействие, т. е. время отклика «тайла» на пролет частицы через чувствительную область. Собственное разрешение SiФЭУ составляет 30пс. В настоящее время для проверки быстродействия регистрации «тайлами» космических частиц и ядер проводится эксперимент совместно с итальянскими специалистами на ускорителе в Frascati (Италия).

Характеристики «тайлов» приводятся в табл.1:

тайл	сцинтиллятор	Шифтер	тайл	сцинтиллятор	шифтер
T1	SC-301	Y11	T5	BC-404	BCF92
T2	SC-301	Y11	T6	BC-404	BCF92
T3	BC-418	BCF92	T7	SC-301	Y11
T4	BC-404	BCF92	T8	SC-301	Y11

Табл.1. Исследование временного разрешения «тайлов» проводилось при различных условиях: изменение напряжения питания, изменение точки прохождения пучка электронов относительно SiФЭУ, изменение угла прохождения пучка через «тайл».

Были получены следующие данные: Табл.2

тайл	Uо В	Uо-0,5 B	Uо-1 B	Uо-1,5 B	Uо-2 B
σ, нс
T1	1,23±0,11	2,27±0,33	2,10±0,37	3,93±0,44	3,95±0,36
T2	2,04±0,13	2,37±0,14	2,41±0,35	2,37±0,14	2,48±0,34
T3	0,87±0,10	1,11±0,10	1,00±0,18	2,52±1,09	­-
T4	0,88±0,11	0,89±0,08	0,87±0,18	0,80±0,13	­-

тайл	σ, нс	тайл	σ, нс
T5: 10 мм от SiФЭУ	1,00±0,09	T7: 10 мм от SiФЭУ	1,57±0,09
45 мм от SiФЭУ (центр)	0,94±0,02	50 мм от SiФЭУ (центр)	1,64±0,04
80 мм от SiФЭУ	0,79±0,05	90 мм от SiФЭУ	1,51±0,05
T6: 10 мм от SiФЭУ	0,86±0,07	T8: 10 мм от SiФЭУ	1,47±0,05
45 мм от SiФЭУ (центр)	1,04±0,01	50 мм от SiФЭУ (центр)	1,64±0,04
80 мм от SiФЭУ	1,09±0,14	90 мм от SiФЭУ	1,51±0,04

тайл	θ=90°	θ=45°	тайл	θ=90°	θ=45°
σ, нс	σ, нс
T3	0,87±0,10	0,86±0,05	T4	0,88±0,11	0,91±0,06

По полученным результатам можно сделать вывод, что конструкция «тайла» с шифтером не подходит для использования его в качестве детекторов света во времяпролетной системе, следующий этап исследований - исключение шифтера и использование SiФЭУ 3x3 мм2.

Авторы считают своим долгом выразить признательность и коллаборации SiPM за предоставленную информацию и образцы «тайлов».