В. А. КАПЛИН, А. И. КАРАКАШ,
М. С. КУРГАНСКИЙ, В. Ю. РУСИНОВ1, Е. И. ТАРКОВСКИЙ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт теоретической и экспериментальной физики
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ С SiPM
ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ
В РЕЖИМЕ САМОЗАПУСКА
Кремниевые фотоумножители в настоящее время находят все более широкое применение в различных областях. Для уменьшения влияния относительно высокого уровня шумовых импульсов, которые являются особенностью данного типа фотоприёмников, предлагается применение в одном сцинтилляторе двух считывающих систем. Это позволяет снизить энергетический порог регистрации излучения и в режиме самозапуска регистрировать мягкое гамма-излучение и мюоны вторичного космического излучения.
В настоящее время кремниевые фотоумножители (SiPM), разработка которых долгое время велась только в России [1], признаны мировым сообществом, в ряде фирм начинается их массовое изготовление, анализируется возможность применения их в широком спектре как научных, так и технических, в первую очередь медицинских, установках с высокой гранулярностью. При всех достоинствах этих фотоприемников они обладают одним существенным недостатком, ограничивающим их применение в детекторах большого размера, а именно относительно высоким уровнем шумовых импульсов, не позволяющим использовать SiPM с большой чувствительной площадью и полностью заменить ими вакуумные фотоумножители.
В сцинтилляционных детекторах большого размера обычно применяются спектросмещающие волокна, которые одновременно выполняют функцию переизлучателя и светопровода [2]. Однако малое количество света, поступающее на фотоприёмник в такой системе (~10-15 фотоэлектронов), при высоком уровне шумовых импульсов не позволяет детектору работать в режиме самозапуска. Для повышения эффективности применения таких детекторов было предложено использовать сцинтилляционные детекторы с двумя волокнами, каждый из которых просматривается отдельным SiPM.
Для определения влияния второго волокна на суммарный светосбор предварительно были проведены сравнительные измерения с одним и тем же волокном и SiPM, установленным вначале в сцинтилляционную полосу размером 80х2х1хсм с одним волокном, а потом – с двумя. Измерения показали, что установка второй считывающей системы уменьшает светосбор в первой не более, чем на 10-20 %.
Рис. 1 Рис. 2
Дальнейшие измерения проводились со сцинтилляционным детектором с двумя волокнами, каждый из которых просматривается своим SiPM. Сигналы с SiPM усиливались и разветвлялись на два канала: триггерный и измерительный. Триггерный канал состоял из двух быстрых дискриминаторов и схемы совпадений. Измерительный, собранный на базе системы КАМАК, позволял измерять амплитудные спектры как с каждого SiPM, так и суммарный спектр. С помощью дополнительных детекторов выделялись мюоны вторичного космического излучения, проходящие через исследуемый детектор.
На рис. 1а представлен суммарный амплитудный спектр с двух SiPM при регистрации мюонов с отбором от дополнительных детекторов. На рис.1б – амплитудный спектр фонового излучения (в том числе и мюонов) при запуске системы считывания от схемы совпадений (т. е. самозапуск).
На рис. 2 представлены амплитудные спектры при самозапуске детектора, облучаемого радиоактивными источниками стронций-90 (бета-частицы с граничной энергией 2,3 МэВ), кобальт-60 (энергия гамма-квантов 1,17 и 1,33 МэВ), цезий-137 (гамма-кванты с энергией 0,62 МэВ).
Полученные результаты показывают возможность применения сцинтилляционных детекторов большого размера с SiPM для регистрации излучения в режиме самозапуска.
Литература
1. Buzhan P. at al. // Nucl. Instr. and Methods. A P. 48.
2. Balagura V. at al. // Nucl. Instr. and Methods. A 5P. 590.
