Сотрудники сектора методических исследований Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Николай Анфимов и Арсений Рыбников совместно с китайскими коллегами провели комплексные испытания матриц SiPM для эксперимента JUNO-TAO. Статья о проведенных испытаниях была опубликована в Journal of Instrumentation в июле 2024 года.
В работе оценивается более 4000 матриц, изготовленных из кремниевых фотоумножителей (SiPM) компании Hamamatsu с чувствительностью в видимом диапазоне. Каждая матрица имеет размер 5 × 5 см2 и предназначена для использования в центральном детекторе Тайшаньской антинейтринной обсерватории (TAO), эксперименте в составе проекта Цзянмэньской подземной нейтринной обсерватории (JUNO), направленного на измерение энергетического спектра антинейтрино от реактора с беспрецедентным энергетическим разрешением.
Экспериментальная установка для испытания на выгорание печатных плат в темной камере с контролем температуры
Все матрицы SiPM прошли испытание на выгорание при комнатной температуре в темноте в течение двух недель, в то время как криогенные испытания использовались для анализа температурной зависимости параметров только для выборки образцов SiPM. Результаты этих комплексных испытаний предоставляют важные сведения о долгосрочной производительности и стабильности 10 квадратных метров SiPM, работающих при температуре -50°C для регистрации сцинтилляционных фотонов в детекторе TAO.
Несмотря на некоторые аномалии, требующие дальнейшего анализа, все SiPM успешно прошли двухнедельное испытание на выгорание при комнатной температуре, что эквивалентно 6,7 годам работы при -50°C. Результаты также используются для оптимального выбора, конфигурации и эксплуатации SiPM, что обеспечит надежность и устойчивость в измерениях нейтрино от реакторов. В работе также представлены сведения для быстрой и надежной оценки качества фотодетекторов в будущих экспериментах, использующих SiPM в составе систем детектирования.
Тест на выгорание представляет собой процедуру, при которой компоненты подвергаются воздействию экстремальных температур и/или напряжений без подачи входных сигналов. Это простой и недорогой метод выявления отказов на ранних этапах эксплуатации устройства и проведения ускоренного тестирования на срок службы.