基于硅光子多极体开发厄尔科夫基时间离差探测器
仪器与探测器
2026-02-24 v1 天体物理仪器与方法
高能物理 - 实验
摘要
本工作旨在开发基于高折射率固体厄尔科夫辐射器并由硅光子多极体（SiPM）读取的高精度时间离差（TOF）装置。厄尔科夫光为瞬时信号，因而理想用于达到 TOF 系统的固有时限。通过利用薄型高折射率辐射器，可生成近似瞬时的信号，用于超过厄尔科夫阈值的粒子。为实现最终时分辨率，我们对辐射材料和几何形状、以及与 SiPM 传感器的光学耦合效率进行了严格的优化。通过综合的蒙特卡罗模拟，表征了限制时分辨率的关键因素，随后用实验束测试数据进行了验证。我们组装了小规模原型，配备各种 Hamamatsu SiPM 数组传感器，阵列间距从 1.3 mm 到 3 mm，耦合 various window 材料，如氟化硅和 MgF2，具有 various 厚度。原型在 CERN-PS T10 束线的束测试活动中成功测试。数据通过基于 Petiroc 2A 或 Radioroc 2 的完整前端和读出电子链路采集，用于 picoTDC 测量电荷和时间。通过比较两个 SiPM 阵列的时间测量，我们实现了系统水平以下于 33.2 ps 的时分辨率，且带电粒子检测效率为 100%。我们的结果表明，开发的厄尔科夫基 TOF 探测器在带电粒子检测效率和时分辨率方面达到了预期的性能基准，并凸显了该技术在下一代粒子鉴别系统中的潜力。
引用
@article{arxiv.2602.20139,
title = {Development of a Cherenkov-Based Time-of-Flight Detector Using Silicon Photomultipliers},
author = {Liliana Congedo and Giuseppe De Robertis and Antonio Di Mauro and Mario Giliberti and Francesco Licciulli and Antonio Liguori and Rocco Liotino and Leonarda Lorusso and Mario Nicola Mazziotta and Eugenio Nappi and Nicola Nicassio and Giuliana Panzarini and Roberta Pillera and Giacomo Volpe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.20139},
year = {2026}
}
备注
29 pages in single column; 19 figures; manuscript prepared for the issue "Silicon Photomultiplier-Based Systems for Particle and Radiation Detection" in MDPI Instruments