Radyasyonun yüksek enerji detektörlerine etkisi

Abstract

Hamamatsu S8148 silikon çığ foto-diyotlar (APD'ler), CMS'in çalışması süresince bulundukları yerlere bağlı olarak, farklı enerjili çeşitli parçacık akılarına maruz kalacaklardır. Bir yarıiletken detektörde herhangi bir parçacık akısı tarafından üretilebilecek hacim hasarı, yaygın olarak, aynı hacim hasarını yapabilen 1 MeV enerjili nötron akısı cinsinden ifade edilir. CMS'in 10 yıllık çalışması sonrasında APD'ler üzerine 2x10^13 n/cm^2'lik, 1 MeV nötron eşdeğeri radyasyon akısı gelecektir. Gelen radyasyon akısının detektör üzerindeki en önemli etkilerden biri, yerdeğiştirme hasarıdır. Yerdeğiştirme hasarı nicelik olarak, malzeme içindeki iyonlaştırıcı olmayan enerji kaybı (NIEL) veya birincil kusur konsantrasyonuyla (CPD) belirlenir. Bu çalışmada, GEANT4 ve FLUKA Monte Carlo benzetişim programları yardımıyla, 1 MeV enerjili nötronların ve ikincil parçacıkların kinematiği incelenerek, Hamamatsu S8148 silikon APD için radyasyon hasarı benzetişimi yapılmıştır.

Hamamatsu S8148 Silicon Avalanche Photo-diodes (APD's) will be exposed to various particle fluences at different energies during CMS operation depending on their locations. Bulk damage produced by any particle fluence in a semiconductor detector is commonly defined in terms of the radiation damage of neutrons with 1 MeV energy, which is able to cause the same damage. APDs will be subjected to 2x10^13 n/cm^2 1 MeV neutron equivalent radiation fluence after 10 years CMS operation. One of the most important effects of the incident radiation on the detectors is displacement damage. Displacement damage is quantitatively determined by non-ionizing energy loss (NIEL) or concentration of the primary defects (CPD) in the material. In this work, the kinematics of neutrons with 1 MeV and the secondaries have been investigated in order to simulate radiation damage for Hamamatsu S8148 silicon APD by using GEANT4 and FLUKA Monte Carlo tools.