基于SPAD阵列传感器读出的闪烁光纤粒子径迹演示及其作为中微子主动靶的应用
仪器与探测器
2023-11-14 v2
摘要
闪烁光纤探测器结合了亚毫米分辨率粒子径迹、粒子阻止本领的精确测量以及亚纳秒时间分辨率。通常，光纤由硅光电倍增管（SiPM）读出。因此，若使用直径数百m的光纤，要么将它们成组耦合至单个SiPM而损失空间分辨率，要么需要极大量的电子通道。本文提出并首次演示了一种新构型，通过单光子雪崩二极管（SPAD）阵列传感器对光纤成像，使得无论直径大小每根独立闪烁光纤均可被读出。与SiPM不同，SPAD阵列传感器提供具有单像素空间分辨率的单光子探测。此外，O(us)或更快的探测光子符合可获取无噪声图像。该概念若用作中微子主动靶将尤为有利：沿正交方向交替排布的闪烁光纤可在致密材料中提供各向同性高分辨率径迹，并重建低动量质子（低至150 MeV/c）的运动学，这对精确表征中微子-核截面至关重要。本工作演示了耦合至SwissSPAD2的闪烁光纤束的径迹能力。通过模拟研究并报道了此类探测器构型在GeV中微子实验中的影响。最后讨论了未来计划，包括开发针对中微子探测优化的新型SPAD阵列传感器。
引用
@article{arxiv.2309.03131,
title = {Demonstration of particle tracking with scintillating fibres read out by a SPAD array sensor and application as a neutrino active target},
author = {Matthew Franks and Till Dieminger and Kodai Kaneyasu and Davide Sgalaberna and Claudio Bruschini and Edoardo Charbon and Umut Kose and Botao Li and Paul Mos and Michael Wayne and Tim Weber and Jialin Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.03131},
year = {2023}
}