Studying the Operation of Silicon Photomultiplier Matrices at Cryogenic Temperatures

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The performance of MPPC 13360-6050PE SiPM matrices with parallel and series connections of elements under conditions of an experiment with a two-phase detector has been investigated, and theoretical calculations of the signal characteristics have been performed for these matrices. It is shown that the signal duration does not change with a high accuracy when SiPMs are connected in series but increases with the number of SiPMs in the matrix when SiPMs are connected in parallel. Within the measurement accuracy, the integral amplitude of the signal does not depend on the number of elements in a matrix in case of the parallel connection. For the series connection, the expected decrease in the amplitude is observed, and this decrease is inversely proportional to the number of elements in the matrix. Based on the results of this study, an SiPM matrix consisting of four parallel-connected elements has been selected for further use in a two-phase cryogenic dark-matter detector since reliable detection of single-photoelectron pulses by this matrix has been demonstrated at an acceptable signal duration.

Авторлар туралы

A. Bondar

Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: E.O.Shemyakina@inp.nsk.su
630090, Novosibirsk, Russia; 630090, Novosibirsk, Russia

E. Borisova

Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: E.O.Shemyakina@inp.nsk.su
630090, Novosibirsk, Russia; 630090, Novosibirsk, Russia

A. Buzulutskov

Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: E.O.Shemyakina@inp.nsk.su
630090, Novosibirsk, Russia; 630090, Novosibirsk, Russia

V. Nosov

Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: E.O.Shemyakina@inp.nsk.su
630090, Novosibirsk, Russia; 630090, Novosibirsk, Russia

V. Oleynikov

Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: E.O.Shemyakina@inp.nsk.su
630090, Novosibirsk, Russia; 630090, Novosibirsk, Russia

A. Sokolov

Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: E.O.Shemyakina@inp.nsk.su
630090, Novosibirsk, Russia; 630090, Novosibirsk, Russia

E. Frolov

Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: E.O.Shemyakina@inp.nsk.su
630090, Novosibirsk, Russia; 630090, Novosibirsk, Russia

Әдебиет тізімі

  1. 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
  2. Chepel V., Araujo H. // JINST. 2013. V. 8. P. R04001. https://doi.org/10.1088/1748-0221/8/04/R04001
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. Garutti E. // JINST. 2011. V. 6. P. C10003. https://doi.org/10.1088/1748-0221/6/10/C10003
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. Renker D. // Nucl. Instrum. and Methods. A. 2006. V. 567. P. 48. https://doi.org/10.1016/j.nima.2006.05.060
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. https://hub.hamamatsu.com/us/en/technical-notes/mppc-sipms/what-is-an-SiPM-and-how-does-it-work.html
  23. https://www.hamamatsu.com/
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. Rosado J., Hidalgo S. // JINST. 2015. V. 10. P. P10031. https://doi.org/10.1088/1748-0221/10/10/P10031
  30. 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.
  31. 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
  32. Collazuol G. // The 15th Vienna Conference on Instrumentation VCI-2019. 18–22 Feb 2019. Vienna University of Technology. P 86, https://indi.to/DyMp5
  33. 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

© А.Е. Бондарь, Е.О. Борисова, А.Ф. Бузулуцков, В.В. Носов, В.П. Олейников, А.В. Соколов, Е.А. Фролов, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».