基于MPPC的径迹探测器的性能研究

Silicon photomultipliers have been developed rapidly in recent years, the advantages of silicon photomultipliers has exceed that of traditional PMTs in some aspects. Since the advent of Muilti-pixel Photon Counter (MPPC) in 2007, the research has been reported widely. This work develops two 3mm*12mm*200mm scintillation fiber tracker modules with MPPC readout . The position resolution is expected to be better than 0.3mm. By combining the experiment and simulation results, optimize the layout of detectors and improve its performance. The positioning process of fiber, the characteristics of fiber and MPPC will be studied. This work can provide the bases for construction of fiber trackers and application of MPPC.

半导体光电探测器近年发展非常迅速，某些方面已经具有超越传统光电倍增管的优势。多像素光子计数器（Muilti-pixel Photon Counter，MPPC）自2007年推出后，便受到广泛关注。本项目拟采用塑料闪烁光纤作为探测材料，MPPC作为光电转换单元，构建两个3mm*12mm*200mm位置分辨好于0.3mm的径迹探测器。通过实验和模拟相结合的方法，优化结构设计，提高探测器性能。通过对光纤定位工艺、光纤和MPPC性能测试等内容进行研究，为光纤探测器建造及MPPC应用的研究打下基础。

本课题主要研究基于MPPC的径迹探测器研究。探测器采用MPPC和塑料闪烁体条方案。其中MPPC的型号为滨松S13360 -3050CS，其光敏区域尺寸为3mm*3mm；塑料闪烁体尺寸为1cm*1cm*25cm，选取了圣戈班塑闪BC418和国产塑闪HND-S2进行对比。搭建了实验测试所需要的暗室，用于MPPC的性能测试，研究其时间性能和噪声幅度等信息。探测器触发系统准备了外触发和自触发两种方案，实际测试中可根据实验需求选用。探测器模块组装完成后，首先在外触发模式下调试探测器模块，确认其可以正常工作。随后在自触发模式下，利用宇宙线，对圣戈班塑闪和国产塑闪两种探测器模块进行了性能测试。测试结果表明，探测器模块双层排布，双端读出的情况下，圣戈班塑闪组合的时间分辨约为75ps，国产塑闪组合的时间分辨约为133ps。由于塑闪宽度为1cm，单层探测器模块排布时，根据平均分布的均方差公式，其对粒子的位置分辨为好于3mm；双层模块交错排布，等效塑闪宽度为0.5cm，位置分辨好于1.4mm；以此类推，多层探测器模块排布，等效塑闪宽度小于0.1cm时，该探测器阵列的位置分辨可好于0.3mm。该探测器阵列方案可根据需要，灵活排布，实现二维径迹探测，同时提供定时信息，可应用于测试触发系统、宇宙线探测、核医疗等研究领域。