Replacement of a Photomultiplier Tube with Silicon Photomultipliers for use in Safeguards Applications
我们在实验室环境中使用单个5.08x5.08-cm圆柱形碘化钠晶体比较了SiPM阵列和PMT的性能。光电倍增管（PMT）是最常用的设备，用于监测辐射检测目的的蒸发材料。该系统有时受限于PMT中的缺点，这些缺点可能降低其性能，包括温度依赖性和随磁场的变化。仪器工程还必须应对相对于活性闪烁体体积的潜在大体积、易碎性和高电压要求。一种可能的替代方案是硅光电倍增器（SiPM）阵列。使用5.04x5.04-cm sensL J系列SiPM阵列和7.62cm Hamamatsu PMT进行测量。我们演示了如何充分改变SiPM偏置，以消除在经常进行核保障工作的环境中遇到的温度变化的影响。最后，我们评估了一种方法，确定富集水平的${}^{235}U$在各种水平和屏蔽配置，使用PMT安装和SiPM安装闪烁体。
2020-01-22 physics.ins-det
Temperature dependence of radiation damage annealing of Silicon Photomultipliers
在过去的十年中，越来越多地使用硅光电倍增器（SiPM）代替光电倍增管（PMT）。这是由于前者相对于后者的各种优点，如其更小的尺寸、更低的工作电压、更高的检测效率、对磁场的不敏感性以及对发射振动的机械鲁棒性。所有这些特点使SiPM非常适合用于空间实验，其中探测器需要紧凑，重量轻，并能够在发射条件下生存。在空间条件下使用这种新型探测器的缺点是它对辐射损伤的敏感性。为了了解SiPM在太空中的寿命，必须研究辐射造成的损伤以及随后的恢复或退火。在这里，我们提出了这些研究的三种不同类型的SiPM从滨松S13360系列。介绍了它们在典型飞行任务中在低地球轨道上维持相当于2年的辐射后的行为，以及这些探测器在不同条件下储存时的回收情况。存储条件在温度以及工作电压方面变化。研究发现，退火在很大程度上取决于探测器的温度，那些储存在高温下的探测器恢复得更快，恢复得更接近原始性能。此外，没有观察到合理的偏置电压对退火的显著影响。最后，退火速率作为温度的函数，以及未来的SiPM为基础的天体物理探测器POLAR-2以及未来的SiPM为基础的航天任务的各种操作策略。
2022-12-16 astro-ph.IM physics.ins-det
Characterisation Studies of Silicon Photomultipliers
本文介绍了一种测量和分析硅光电倍增器（SiPM）性能的实验装置。所测量的SiPM特性对于许多潜在的应用是普遍感兴趣的，并且包括光子检测效率（PDE）、电压相关串扰和脉冲后概率。利用所描述的设置，绝对PDE可以被确定为覆盖从350至1000 nm的光谱范围的波长的函数。此外，提出了一种方法，它允许研究像素的均匀性方面的灵敏度和增益的空间变化。从各种市售的SiPM-三个HAMAMATSU MPPC和一个SensL SPM -的结果进行了介绍和比较。
2010-04-01 hep-ex physics.ins-det
Characterization of Three High Efficiency and Blue Sensitive Silicon Photomultipliers
本文报道了FBK、Hamamatsu和SensL公司生产的三种高效率蓝光灵敏硅光电倍增器的光学和电学特性。当在90%击穿概率下操作时，所测试器件的关键特征是峰值光子检测效率在40%和55%之间，增益和PDE的温度依赖性小于1%/ $^{\circ}$ C，室温下$\sim$ 50 kHz/mm $^{2}$的暗速率，约2%的后脉冲，以及6%和20%之间的直接光学串扰。这三种器件的特性令人印象深刻地展示了硅光电倍增管技术在过去十年中的进步。它进一步证明了如何的电压和温度特性的数量可以参数化的物理模型的基础上。该模型提供了一个更深入的了解在宽的偏置和温度范围内的器件特性。它们还可以作为生产商如何向用户提供SiPM特性的示例。SiPM的标准化参数化将使用户能够找到适合其应用的最佳SiPM以及SiPM的工作点，而无需执行测量，从而显著缩短设计和开发周期。
2017-01-26 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Radiation damage studies of silicon photomultipliers for the CMS MIP Timing Detector
University of Notre Dame（圣母大学）；Institute of Nuclear Research（核物理研究所）
研究不同单元尺寸的Hamamatsu SiPM在反应堆中子辐照后的性能变化，分析击穿电压、信号幅度、暗电流和噪声等参数。
2026-06-08 physics.ins-det
Study of Silicon Photomultiplier External Cross-Talk
本文研究硅光电倍增管的外部串扰，提出计数法和反射法两种测量方法，发现所有测试SiPMs均存在显著外部串扰，且内部串扰可用几何与Borel模型结合描述，外部串扰可用纯Borel模型预测，影响探测器性能。
2023-12-20 hep-ex physics.ins-det
Study of the characteristics of SiPMs matrix as a photosensor for the scintillation detectors
由硅光电倍增器（SiPM）构成的矩阵是一种很有前途的闪烁探测器光传感器。SiPM矩阵与适当的光学收集器的使用，原则上，给出了一种可能性，做一个快照的带电粒子穿过闪烁体的发光轨迹。这种闪烁探测器的原型目前正在INR RAS开发。介绍了对阵列C-60035- 64 P-PCB（SensL公司）的这种探测器的原型进行表征研究的初步结果。
2015-12-18 astro-ph.IM physics.ins-det
Proton Irradiation Damage and Annealing Effects in ON Semiconductor J-Series Silicon Photomultipliers
硅光电倍增器（SiPM）由于其低偏置电压和对普通发光材料发射的波长敏感，近年来已成为流行的光转换器件。这些特性使它们对资源有限的任务特别有吸引力，如天基探测器应用。然而，已知空间辐射环境对半导体器件特别苛刻，其中高粒子注量会随着时间的推移而降低性能。由ON Semiconductor（正式名称为SensL）制造的特定SiPM的辐射硬度尚未使用高能质子进行研究，这些质子是空间辐射环境中固有的。为了研究这些影响，我们照射组的两个SiPM四个不同的通量的800兆电子伏的质子提供的加速器在洛斯阿拉莫斯中子科学中心。$1.68\times10^{9}$、$1.73\times10^{10}$、$6.91\times10^{10}$、和$1.73\times10^{11}$质子cm $^{-2}$，和它们相应的估计剂量的$0.15$，$1.55$，选择$6.19$和$15.5$ kRad是基于对SiPM在持续10年的行星际空间任务期间可能接受的潜在暴露的估计。我们报告这些剂量对暗电流和自退火时间的影响。
2019-11-19 physics.ins-det
Measurements with silicon photomultipliers of dose-rate effects in the radiation damage of plastic scintillator tiles in the CMS hadron endcap calorimeter
测量了CMS探测器强子端盖（HE）量热计中使用的塑料闪烁体瓦由于辐射损伤而导致的信号输出的减少。瓷砖暴露在质子-质子（pp）碰撞产生的粒子在欧洲核子研究中心大型强子对撞机与质心能量为13 TeV，对应于50 fb $^{-1}$交付的光度。的测量是基于读出通道的HE仪器与硅光电倍增器，并来自使用数据从几个来源：激光校准系统，一个可移动的放射性源，以及强子和μ子产生的PP碰撞。结果从几个辐照运动使用$^{60}$钴源进行了讨论。损伤呈现为剂量率的函数。在这些测量的范围内，对于固定剂量，损伤随剂量率的降低而增加。
2020-06-11 hep-ex physics.ins-det
On the Evaluation of Silicon Photomultipliers for Use as Photosensors in Liquid Xenon Detectors
硅光电倍增器（SiPM）是传统光电倍增管（PMT）的潜在固态替代品，用于单光子检测。在本文中，我们报告评估SensL MicroFC-10035-SMT SiPM作为PMT替代品的适用性。该器件在液氙探测器中成功工作，表明SiPM可作为光传感器应用于贵元素时间投影室。还将器件冷却至170 K以观察暗计数对温度的依赖性。观察到暗计数率、增益或光子检测效率与施加的3.2 kV/cm电场的方向无关。
2018-04-03 hep-ex physics.ins-det
Characterization of silicon photomultipliers for their application in muon scattering tomography
本文通过实验表征NDL、SensL和HPK三款SiPM的击穿电压、温度补偿、暗噪声及探测效率，发现HPK最适合亚毫米分辨率缪子散射断层成像闪烁光纤探测器。
2025-01-19 hep-ex physics.ins-det
Radiation damage on Silicon Photomultipliers from ionizing and non-ionizing radiation of low-earth orbit operations
本文通过质子与X射线辐照FBK生产的不同尺寸NUV-HD SiPM，并结合在线IV测量与辐照前后功能表征，识别最适合空间应用的耐辐射工艺和版图变体。
2024-05-12 physics.ins-det
Radiation Damage Studies of Silicon Photomultipliers
我们报告的硅光电倍增器（SiPM）的辐射硬度的测量由布鲁诺凯斯勒基金会在意大利（1 mm $^2$和6.2 mm $^2$），透视技术和仪器中心在俄罗斯（1 mm $^2$和4.4 mm $^2$），日本滨松公司（1 mm $^2$）。在Massachusetts General Hospital使用212 MeV质子束照射SiPM，SiPM在工作电压下接收高达$3 \times 10^{10}$质子/cm $^2$的注量。在照射期间连续读取漏电流。周期性地暂停质子的递送以记录响应于校准光脉冲的示波器迹线，以监测SiPM的增益、光子检测效率和暗计数。漏电流和暗噪声随注量的增加而增加。Te漏电流被发现是成比例的噪声分布的均方差，表明暗计数是由于增加随机个别像素激活，而SiPM仍然完全功能的光子探测器。发现SiPM在室温下退火，在大约100天内漏电流减少了2倍。
2008-09-27 physics.ins-det
A Comparison of the Effects of Neutron and Gamma Radiation in Silicon Photomultipliers
测量了γ射线对硅光电倍增器（SiPMs）的辐照损伤效应，并与中子辐照损伤作了比较。在布鲁克海文国家实验室和匈牙利德布勒森核研究所的固态伽马射线辐照设施（SSGRIF）中，将来自滨松的几种MPPC暴露于伽马射线和中子。伽马射线暴露范围为1 krad至1 Mrad，中子暴露范围为10 $^8$ n/cm $^2$至10 $^{12}$ n/cm $^2$。伽马射线损伤的主要影响是增加噪声和泄漏电流的照射设备，类似于从中子损伤所看到的，但损伤的水平是相当少的在相当高的曝光水平。此外，伽马射线的损伤在几百krad后饱和，而中子的损伤没有显示出饱和的迹象，这表明两种情况下的不同损伤机制。还测量了由于辐射导致的SiPM的窗口材料中的光吸收的变化。进行这项研究，以评估使用SiPM的粒子物理应用与中等水平的辐射暴露。
2019-04-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Pre-Production and Quality Assurance of the Mu2e Calorimeter Silicon Photomultipliers
Mu 2 e电磁量能计必须提供$\sim$ 100 MeV电子的能量、时间和位置的精确信息。它由1348个未掺杂的CsI晶体组成，每个晶体耦合到两个大面积的硅光电倍增器（SiPM）。一个模块化的和定制的SiPM布局组成的3 $\times$ 2阵列的6 $\times$ 6毫米$^2$ UV扩展单片SiPM已开发，以满足Mu 2 e量热计的要求和150个原型的预生产已采购的三个国际公司（滨松，SensL和Advansid）。对第一批光电传感器进行了详细的质量保证过程：已确定每个SiPM阵列的每个单片电池的击穿电压、增益、猝灭时间、暗电流和光子检测效率（PDE）。每个供应商的一个样品已暴露于高达$\sim$ 8.5~ $\times$ ~10 $^{11}$ 1 MeV（Si）当量的中子通量。n/cm $^{2}$，并且已经观察到暗电流的线性增加高达几十mA。为验证平均失效时间（MTTF）是否大于$\sim$ 10 $^{6}$小时，每个供应商的其他5件样品均接受了加速老化。
2017-12-13 hep-ex physics.ins-det
Performance and radiation damage mitigation strategy for silicon photomultipliers on LEO space missions
Université de Genève（日内瓦大学）；GSSI - Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN - Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所-格兰萨索国家实验室）
本研究针对近地轨道空间任务中硅光电倍增管的辐射损伤问题，提出了一种退火策略以提高其抗辐射性能和可靠性。
2026-02-02 hep-ex physics.ins-det
Neutron irradiation damage on Silicon Photomultipliers and electrical annealing studies for the CBM RICH detector
本文评估了三种SiPM在中子辐照下的辐射硬度，发现辐照显著增加暗电流、暗计数率和后脉冲并降低增益与光子分辨率，并验证250°C/30 min电退火可有效恢复性能。
2025-09-23 hep-ex physics.ins-det
An induced annealing technique for SiPMs neutron radiation damage
硅光电倍增器（SiPMs）在高能物理实验装置的设计中已变得流行，并且在提供大量非电离剂量的探测器领域中的应用越来越受到关注。对于这些装置，由中子注量引起的主要效应是泄漏电流的线性增加。在本文中，我们提出了一种技术，提供了一个部分恢复的中子损伤SiPM的电诱导退火的装置。在20 ℃的温度下，对具有50 μ m像素尺寸的6 mm^2电池的三个SiPM阵列（2x 3）的样品进行测试：两个来自Hamamatsu，一个来自SensL。这些SiPM已经暴露在易北河正电子源设施（德累斯顿）产生的中子中，总通量高达8 × 10^11 n1 MeV-eq/cm^2。我们的技术可以减少泄漏电流的一个因素，范围在15-20之间，这取决于所使用的过偏置和SiPM供应商。因为在工艺期间SiPM电流可达到O（100 mA），所以传感器需要在提供热耗散的条件下操作。事实上，在SiPM上应用这种程序时必须谨慎，因为它可能会永久损坏设备本身。
2021-12-06 physics.ins-det
Silicon-Photomultiplier (SiPM) Protection Against Over-Current and Over-Illumination
本研究针对硅光电倍增管（SiPM）并联结构易因过光照引发过流损坏的问题，提出串联电阻防护方案，并搭配适配电容保障器件稳定性。
2024-04-11 hep-ex physics.ins-det
Multi Anode Photomultiplier Tube Reliability Assessment for the JEM-EUSO Space Mission
可靠性评估与分析其单个部件易于失效的设备和系统有关。本可靠性分析记录了使用217 Plus方法确定JEM-EUSO光电倍增管组件可靠性的过程和结果。量子效率降低和辐射硬度保证。因此，构成JEM-EUSO空间望远镜焦面的光电倍增管受到的损伤程度是可以接受的。结果还表明，辐射SET对失效的贡献最大。这一设备的保证性能为99.45%，这是一个公认的可靠性值，因此满足了JEM-EUSO的目标和技术挑战。
2015-01-22 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Self-heating Effect in Silicon-Photomultipliers
硅光电倍增管（SiPM）中辐射损伤的主要影响是暗电流的急剧增加。如果没有适当冷却，耗散的功率会加热SiPM，其性能参数取决于温度。加热研究用KETEK SiPM进行，该SiPM胶合在Al $_2$ O $_3$衬底上，该衬底直接连接到探针台的温度控制卡盘，或者通过具有公知热阻的材料层连接。SiPM由在DC模式下操作的LED照明。测量SiPM电流，并将其用于确定稳态温度，该温度是SiPM倍增区域中耗散的功率和热阻的函数，以及加热和冷却的时间依赖性。该信息可用于校正辐射损伤SiPM的自热效应的参数。该方法还可以用于与散热器具有未知热接触的封装SiPM。本文的结果是初步的。
2022-06-14 physics.ins-det
On the Radiation Damage of BTeV EMCAL Detector Unit
将Hamamatsu光电倍增管（PMT）和各种PMT窗口材料暴露于伽马辐照。试验用1 krad和120 krad的吸收剂量进行。本文提出了用于BTeV电磁量能器的PMT类型的初步建议。
2003-04-11 physics.ins-det
Cryogenic operation of neutron-irradiated silicon photomultiplier arrays up to 1e14 neq/cm^2
Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）
研究低温条件下中子辐照对硅光电倍增器阵列的影响，评估其在高辐射环境下的性能稳定性与可靠性。
2026-03-26 hep-ex physics.ins-det
Radiation Hardness Tests of SiPMs for the JLab Hall D Barrel Calorimeter
本文报道了日本滨松公司和爱尔兰SensL公司生产的硅光电倍增器（SiPMs）的中子辐射硬度的测量结果。来自两家公司的样品在杰斐逊实验室大厅A被1GeV电子束击中薄铅靶产生的中子辐照。使用Jefferson实验室辐射控制组的校准Am-Be中子源对Hamamatsu SiPM进行了更多关于中子辐射损伤和自退火的温度依赖性的测试。作为辐照的结果，暗电流和暗速率作为1 MeV等效中子注量的函数线性增加，并观察到依赖于温度的自退火效应。
2012-09-18 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
In-orbit Radiation Damage Characterization of SiPMs in the GRID-02 CubeSat Detector
近年来，硅光电倍增器（SiPM）由于其固态、体积小、工作电压低和对磁场不敏感等优点，已被用于多项空间任务。然而，在太空中操作SiPM会导致辐射损伤和性能下降。关于这些影响的在轨定量研究有限。在这项研究中，我们介绍了2020年11月6日发射的伽马射线集成探测器（GRID-02）的第二个探测器获得的在轨SiPM表征结果。在28.5 V和5 $^{\circ}$ C下，观察到每个SiPM芯片（型号MicroFJ-60035-TSV）的$\sim$ 100 $μ$ A/年的暗电流增加。因此，GRID-02探测器的总体噪声水平（sigma）增加了$\sim$ 7.5 keV/年。在-20 $^{\circ}$ C下，这种增加的估计值为每SiPM芯片40 $μ$ A/年，突出了使用冷却系统的积极效果。
2022-10-11 astro-ph.IM physics.ins-det
SiPMs characterization and selection for the DUNE far detector photon detection system
深层地下中微子实验（DUNE）和费米实验室的长基线中微子设施（LBNF）将为中微子物理和天体物理前沿的关键问题探索提供一个独特的，世界领先的计划。中微子味混合中的CP破坏是其最重要的潜在发现之一。此外，该实验将确定中微子质量等级，并精确测量中微子混合参数，这可能揭示自然界新的基本对称性。此外，DUNE还被设计用于观测核子衰变和超新星爆发中微子。DUNE远探测器中的光子探测（PD）系统提供了宇宙背景的触发，提高了超新星爆发的触发效率，提高了探测器的能量分辨率。DUNE采用了液氩时间投影室（LArTPC）技术，需要仔细选择PD传感器，硅光电倍增器（SiPM），不仅要在低温恒温器中正常工作，还要满足实验寿命的某些规格。在低温恒温器中对SiPM进行全面测试是必要的，因为市场上制造商提供的温度范围不包括该温度范围。本文给出了SenSL C系列60035 SiPM的详细性能测试结果，包括增益、暗计数率（DCR）、串扰和后脉冲率。还讨论了其他供应商的SiPM特性研究，以避免使用单一来源的任何潜在问题。此外，还显示了当前候选产品SenSL B/C系列60035 SiPM正在进行的机械耐久性测试的结果。
2015-12-17 hep-ex physics.ins-det
First testing of the Hamamatsu R5912-02Mod photomultiplier tube at 4-bar pressure and cryogenic temperature
Hamamatsu R5912- 02 Mod光电倍增管（PMT）将用于DUNE双相模块，DUNE双相模块是DUNE长基线中微子实验的四个远探测器模块之一，是一个10千吨基准体积的液氩时间投影室。在DUNE双相模块中，液氩对位于14米低温恒温器底部的光电探测器施加高压。首次在4 bar绝对压强和低温（液氮中）下对4台Hamamatsu R5912- 02 Mod PMT进行了测试。没有机械或电气损坏的报告，验证了使用这种PMT模型在DUNE双相模块和其他大型低温液体探测器。在PMT工作温度变化时，预期会观察到其行为差异。
2020-07-15 physics.ins-det
Influence of X-ray Irradiation on the Properties of the Hamamatsu Silicon Photomultiplier S10362-11-050C
我们研究了剂量为0、200 Gy、20 kGy、2 MGy和20 MGy的X射线辐照对滨松硅光电倍增管（SiPM）S10362-11- 050 C的影响。在没有施加偏压的情况下照射SiPM。从电流-电压，电容/电导-电压，频率，脉冲形状，和脉冲面积测量，SiPM特性低于和高于击穿电压进行了测定。观察到一些SiPM参数的显着变化。在20 kGy剂量下，X射线辐射损伤对SiPM的性能几乎没有影响。对于2和20 MGy的剂量的SiPM操作几乎没有任何变化的增益，但与显着增加的暗计数率和串扰的概率。
2014-06-11 hep-ex physics.ins-det
Single photon detection with SiPMs irradiated up to 10$^{14}$ cm$^{-2}$ 1-MeV-equivalent neutron fluence
硅光电倍增器（SiPM）是对单光子具有灵敏度的固态光探测器。它们在高能物理实验中的应用，特别是在环形成像切伦科夫（RICH）探测器中的应用，由于它们对辐射的耐受性差而受到阻碍。在室温下，暗计数率的大幅增加使得在10 $^{11}$ cm $^{-2}$ 1-MeV当量中子注量下实际上已经不可能进行单光子探测。在高亮度LHC上运行的许多子探测器所预见的中子注量可达10 $^{14}$ cm $^{-2}$ 1 MeV当量。在本文中，我们提出了这样的高中子注量对不同细胞大小的Hamamatsu和SensL SiPM的影响。讨论了在高温（高达175 $^{\circ}$ C）下退火的优点。我们表明，退火后，在单光子水平上的操作与SiPM照射高达10 $^{14}$ cm $^{-2}$ 1-MeV当量中子注量是可能的，在低温（77 K）与暗计数率低于1 kHz。
2019-01-15 physics.ins-det
Study of Silicon Photomultiplier Radiation Hardness with Proton Beam from the JULIC Cyclotron
在这项工作中，我们研究了硅光电倍增器（SiPM）光传感器的性能曝光后的JULIC回旋质子束，能量$\sim$ 39兆电子伏，相对于他们的性能曝光前。本研究中使用的SiPM器件显示出其行为的显著变化以及其击穿电压的向下偏移多达$\sim$ 0.4 $\pm$ 0.1 V。在暴露于$\sim$ 0.2 Gy的剂量后，对于所研究的SiPM似乎不再可能进行单光子测量（对应于$\sim$ $ϕ_{p}$的积分质子通量= 1.06 × 10 $^{8}$ p/cm $^{2}$）。暴露未对器械表面造成可见损坏。
2020-11-18 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Radiation damage of SiPMs
综述了硅光电倍增器（SiPMs）的抗辐射能力的研究现状。简要介绍了硅传感器的辐射损伤，分别讨论了表面效应和体效应。辐射SiPMs与X射线，γ，电子，质子和中子源的操作结果。辐射对SiPM最关键的影响是暗计数率的增加，这使得无法从噪声中分辨出单个光子产生的信号。方法来表征辐照SiPM后，他们的单光电子分辨率丢失进行了讨论。由于雪崩光电二极管（APD）在击穿电压以下工作的重要相似性，也回顾了有关APD辐射损伤的较早研究。最后，对今后抗辐射SiPM的发展方向提出了一些看法。
2018-09-25 hep-ex physics.ins-det
Lowering the Energy Threshold using a Plastic Scintillator and Radiation-Damaged SiPMs
针对卫星轨道上SiPM辐射损伤导致闪烁体探测器能量阈值升高的问题，通过电流波形放大器、双SiPM符合求和及低温测量三种方法，可将受辐射损伤SiPM的能量阈值降至原有的约15%。
2024-01-25 astro-ph.IM physics.ins-det
Proton Irradiation of SiPM arrays for POLAR-2
POLAR-2是一个星载偏振计，用于研究伽马射线暴的偏振并帮助阐明其机制。该仪器计划于2024年或2025年在中国空间站上发射，目前正由瑞士、德国、波兰和中国的研究所合作开发。该仪器将在340公里至450公里高度的轨道上运行，倾角为42 $^{\circ}$，并将受到来自宇宙射线和太阳事件的背景辐射。因此，有必要更好地了解敏感装置在类似空间的条件下的性能。本文着重研究了日本滨松公司生产的硅光电倍增器阵列S13361- 6075 NE-04和S14161- 6050 HS-04的辐射损伤。S13361采用58 MeV质子辐照，剂量高达4.96Gy，而较新的S14161系列采用0.254Gy和2.31Gy的剂量辐照。它们各自的性能退化，由于辐射损伤进行了讨论。POLAR-2中硅光电倍增器在4.96Gy剂量下的空间等效暴露时间为62.9年（或1.78年，如果不考虑仪器的屏蔽）。I-V曲线的主要特征是暗电流和暗计数的增加，主要是通过串扰事件。观察到$25^{\circ}C$的退火过程，但未进一步详细研究。偏置通道，而被照射没有导致任何重大影响。活化分析表明，$β^{+}$粒子的主要贡献约511 keV。这些主要是由铜和碳产生的，大多数衰变时间比轨道周期短。
2022-10-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Light exposure and temperature effects on quantum efficiency of bialkali metal photomultipier tubes
本研究分析双碱金属光电倍增管在光照和热应力下的损伤阈值与恢复时间，通过测量氙灯照射和热应力前后量子效率，评估其性能变化。
2025-04-22 physics.ins-det
A novel measurement method for SiPM external crosstalk probability at low temperature
本文提出了一种在液氮温度下使用两个面对面SiPM且无需复杂光学设计的新型外部串扰光子概率测量方法，发现该概率与过电压呈线性关系，并能额外测得低温下SiPM对eCT光子的光子探测效率。
2024-06-04 nucl-ex physics.ins-det
Mitigating radiation damage of single photon detectors for space applications
太空中的单光子探测器必须保持有用的性能特征，尽管受到亚原子粒子的轰击。减轻这种空间辐射的影响对于实现需要高保真单光子探测的新的空间应用至关重要。为此，我们进行了质子辐射测试的各种型号的雪崩光电二极管（APD）和一个模型的光电倍增管可能适用于星载量子通信。这些样品用106 MeV质子辐照，剂量大约相当于在低地球极轨道上0.6、6、12和24个月的寿命。尽管大多数探测性能都得到了保留，包括效率、定时抖动和后脉冲概率，但由于辐射引起的损伤，所有APD样本的暗计数率（DCR）都显着增加，比地星量子通信所需的每秒200计数（cps）高出许多数量级。然后，我们成功地证明了通过使用深度冷却（低至-86摄氏度）来缓解这种DCR退化。这使得DCR在24个月的轨道持续时间内低于所需的200 cps。通过在+50至+100摄氏度的温度下进行热退火，DCR进一步降低。
2017-10-12 astro-ph.IM physics.ins-det quant-ph
PySiPMGUI: A Universal Python-Based Software for Photodetector I-V Quality Assurance: From Underground Dark Matter Searches to Astroparticle Cherenkov Cameras
Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）
本文提出PySiPMGUI，一种基于Python的开源软件，用于自动化SiPM特性检测，适用于从暗物质搜索到天体粒子切伦科夫相机的多种应用场景。
2026-07-22 hep-ex physics.ins-det
Photomultipliers as High Rate Radiation-Resistant In-Situ Sensors in Future Experiments
在Energy Frontier中，我们建议开发时间分辨率<50 ps的高速率（100 MHz）精细分段前向量热预辐射器，其将在入射高辐射剂量的前1-2 Lint中存活，保护前向量热器3<y<6;与其后面的光束辐射损伤的角度小于5度，具有高粒度，高速率能力和30 ps时间分辨率（4D量热法），提供轻子和光子ID和测量。在强度前沿束粒子选择，如标记中微子和K介子束，轻子破坏实验与μ子需要非常高的速率。宇宙前沿需要低功率，非冷却量热法或光学探测，可以跟踪到达100 MHz的粒子或光子，并在空间辐射中存活多年，也可能受益。基础研究是使用具有石英或其他具有金属外壳的抗辐射窗口的紧凑通道化PMT作为原位传感器，直接耦合到切伦科夫（或抗辐射闪烁体）瓦片，利用倍增电极信号作为潜在的补偿第二信号，并且没有有源电子器件。如果成功的话，方向包括建议高SE产率网状倍增器电极激活剂材料，例如在300 eV电子能量下具有25 SEe的GaP或B掺杂金刚石膜，以及可能用于没有光电阴极的紧凑低成本瓦SE传感器，其比在空气中具有全金属最终组装的PMT容易得多，钎焊密封;烘烤900 C;用比PMT高100倍的tipoff真空泵出。这种传感器在研究、医学、工业和国防中具有HEP之外的许多应用。
2022-03-14 physics.ins-det
Cryogenic operation of silicon photomultiplier arrays
本文研究LHCb SciFi径迹探测器SiPM在LHC Run 4高辐射环境下的低温冷却方案，对FBK和Hamamatsu的SiPM阵列在100 K低温下测试并表征击穿电压、暗计数率、光子探测效率、增益和串扰等关键性能参数。
2025-02-04 hep-ex physics.ins-det
Online control of the gain drift with temperature of SiPM arrays used for the readout of LaB$_3$:Ce crystals
LaB $_3$：Ce晶体已被引入用于医学物理中的辐射成像，具有光电倍增管或单个SiPM读出。采用来自不同生产商的1/2”和1”LaBr 3：Ce晶体进行R-D，以实现具有SiPM阵列读出的紧凑型大面积探测器（高达几cm $^2$面积），旨在实现高的光产额、良好的能量分辨率、良好的探测器线性度和对低能X射线的快速时间响应。在RIKEN-RAL μ子设施的FAMU项目中发现了一个自然的应用，该项目旨在精确测量质子Zemach半径，以解决所谓的“质子半径之谜”，这是由最近在PSI测量质子电荷半径引发的。目标是探测130 keV左右的特征X射线。在医学物理中可以预见其他应用，例如PET和伽马射线天文学。一个限制因素是SiPM阵列的增益随温度的漂移，这使得探测器的FWHM能量分辨率变差。为解决这一问题，开发了基于CAEN A7585数字电源的定制NIM模块。将介绍来自Advansid、Sensl、Hamamatsu的SiPM阵列增益漂移随温度的校正测试结果。对于典型的LaBr $_3$：Ce晶体，在$^{137}$ Cs峰处，使用Hamamatsu S13461阵列获得了优于3%的能量分辨率。这与用PMT获得的最佳可用结果相比很好。
2022-10-05 physics.ins-det
Characterisation of SiPM radiation hardness for application in hadron calorimeters at FAIR, CERN and NICA
硅光电倍增器（SiPM）具有对磁场不敏感、工作电压低、成本低、结构紧凑和机械耐用等优点，是强子量热计闪烁体光读出的理想选择。它们已成功地应用于CERN的NA 61的射弹旁观者探测器（PSD），并将很快应用于FAIR的CBM PSD和NICA的重离子碰撞实验BM@N的前向强子量能器（FHCAL）。SiPM应用的主要问题是它们由于高中子注量而退化，该高中子注量可以达到每年2 E11 neq/cm 2的实验操作。在NPI Rez的回旋加速器上对Ketek、Zecotek、Hamamatsu和Sensl制造商生产的SiPM进行了多次辐照试验，中子谱宽，总注量在5E 10 - 6 E12 neq/cm 2的宽范围内。基于暗电流对电压的依赖性、电容对电压和频率的依赖性以及对LED光对电压的响应，对所有SiPM进行详细表征。从这些测量中提取了SiPM的击穿电压、猝灭电阻、像素电容、增益和信噪比。讨论了这些参数随中子注量的变化规律。本文简要介绍了欧洲核子研究中心（CERN）配备辐照SiPM的PSD量能器组件在2 - 80 GeV/c质子束流扫描过程中的性能。
2020-01-28 hep-ex physics.ins-det
Effect of increased DCR on the detection of minimum-ionizing particles with SiPMs
University of Hamburg（汉堡大学）
通过LED光照射增加暗计数率（DCR）模拟辐射损伤，研究DCR升高对SiPM探测最小电离粒子（MIP）性能的影响，发现DCR是性能退化的主要因素。
2026-05-28 physics.ins-det
Characterization of more than three years of in-orbit radiation damage of SiPMs on GRBAlpha and VZLUSAT-2 CubeSats
本研究利用GRBAlpha和VZLUSAT-2立方星三年以上在轨数据，分析滨松S13360-3050 PE MPPCs辐射损伤特性，证明经2.5mm PbSb屏蔽的MPPCs可在LEO环境持续服役超三年，为其未来卫星应用提供依据。
2025-04-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Study of Silicon Photomultiplier Performance in External Electric Fields
我们报告的性能硅光电倍增器（SiPM）的光传感器工作在电场强度高达30 kV/cm，在149 K的温度下，相对于他们的性能在没有外部电场。在这项研究中使用的SiPM设备显示稳定的增益，光子探测效率，和相关脉冲的速率，当暴露于外部场，在估计的不确定性。暴露未对器械的主体或表面造成可观察到的物理损坏。
2018-07-09 physics.ins-det
Correlation of Beam Electron and LED Signal Losses under Irradiation and Long-term Recovery of Lead Tungstate Crystals
钨酸铅晶体中的辐射损伤降低了其透明度。将在这种晶体中检测到的光量与光子或电子的入射能量相关联的校准对于保持检测系统的能量分辨率是至关重要的。本文报道了用单能电子束或π介子束辐照由光电倍增管读出的钨酸铅晶体的实验结果。束电子本身被用来测量闪烁光输出，和一个蓝色发光二极管（LED）被用来跟踪晶体透明度的变化。我们报告的相关性的LED测量与辐射损伤的光束，也表明，它可以准确地监测晶体从这种损害的恢复。
2005-04-13 hep-ex physics.ins-det
Measurement of SiPM Dark Currents and Annealing Recovery for Fluences Expected in ePIC Calorimeters at the Electron-Ion Collider
本研究针对ePIC实验所选SiPM，在EIC预期通量范围内评估辐射损伤，测量暗电流并验证高温退火恢复效果，为量能器设计、模拟和运行提供参考。
2025-06-20 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Integration of thermo-electric coolers into the CMS MTD SiPM arrays for operation under high neutron fluence
针对CMS实验MTD探测器SiPM在高辐射下的性能退化问题，提出在SiPM阵列集成小型TEC的方案，可降温降暗计数且不增功耗，还能反向升温加速退火恢复性能，为高辐射环境探测器运行提供经济高效的解决方案。
2023-08-23 hep-ex physics.ins-det
Design of a compact, radiation tolerant AlGaAs Geiger photodiode
本文设计了一种厚度小于1微米的 AlGaAs 抗辐射盖革光电二极管，采用三台面结构实现薄器件内盖革模式运行所需的高电场，实验和模拟证明其抗热中子辐射能力优于硅器件且电场分布良好。
2024-02-13 physics.ins-det
Dose rate effects in radiation-induced changes to phenyl-based polymeric scintillators
本文系统研究了剂量率对苯基聚合物闪烁体辐射损伤的影响，发现剂量常数与剂量率对数近似线性相关，并揭示了不同基质、荧光剂和厚度下光输出损伤与色心形成的相对贡献。
2023-08-08 hep-ex physics.ins-det
Deep Diffused APDs for Charged Particle Timing Applications: Performance after Neutron Irradiation
最近在HL-LHC上通过快速计时来减轻堆积的兴趣集中在现在实现30皮秒或更小的最小电离粒子（MIP）时间分辨率的技术上，技术成熟度和辐射耐受性的限制缩小了ATLAS和CMS升级到低增益雪崩探测器和硅光电倍增器的选择。在占用率和剂量较低的各种应用中，具有1 cm $^2$量级的像素元件但仍实现30 ps的器件将是有吸引力的。在本文中，深扩散雪崩光电二极管（APD）作为候选人的HL-LHC应用程序的定时探测器进行了检查。器件的有效面积为$8 \times 8$ mm $^2$的特点是使用脉冲红外激光，在某些情况下，高能粒子束。辐射损伤对电流、信号幅度、噪声和APD定时的影响使用具有$2 \times 2$ mm $^2$的有效面积的探测器进行评估。这些探测器用高达1 MeV中子注量$Φ_{eq} = 10^{15}$ cm $^{-2}$的中子辐照。他们的定时性能的特点是使用脉冲红外激光。虽然在使用$8 \times 8$毫米$^2$传感器的束流测试中获得了$27 \pm 1$ ps的时间分辨率，但本研究仅表明，增益损失可以通过增加探测器偏置来补偿，最高可达$Φ_{eq} = 6 \cdot 10^{13}$ cm $^{-2}$的通量。因此，在HL-LHC的寿命期间，它可能达不到CMS筒的$Φ_{eq} = 10^{14}$ cm $^{-2}$要求。
2019-10-17 hep-ex physics.ins-det
Test beam characterization of sensor prototypes for the CMS Barrel MIP Timing Detector
MIP定时探测器将在高亮度LHC时代为CMS的最小电离粒子（MIP）探测提供额外的定时能力，改善事件重建和堆积拒绝。探测器的中心部分，桶定时层（BTL），将装有LYSO：Ce晶体和硅光电倍增器（SiPM），在操作开始时提供约30 ps的时间分辨率，在探测器寿命结束时由于辐射损伤而降低到50-60 ps。在这项工作中，我们提出了使用120 GeV的质子束在费米实验室测试束设施测量未辐照传感器的时间分辨率所获得的结果。的MTD，由细长的晶体棒的尺寸约为3 × 3 × 57毫米$^3$和双端SiPM读出的桶区域提出的传感器布局的概念验证，证明。该设计提供了独立于MIP沿晶体棒的撞击点的鲁棒时间测量。我们测试了不同厚度（2、3、4 mm）的LYSO：Ce棒，其几何形状接近参考设计，并与Hamamatsu和Fondazione Bruno Kessler制造的SiPM相结合。研究了晶体厚度、SiPMs的性能（如光子探测效率）和MIP的入射角等因素对计时性能的影响。测量的时间分辨率约为28 ps的MIP跨越3 mm厚的晶体棒，对应于2.6 MeV的MPV能量沉积，和22 ps的4.2 MeV的MPV能量沉积预期在BTL，匹配的检测器性能目标为未照射的设备。
2021-07-16 physics.ins-det
